NL9000518A - Breedband signaalversterker. - Google Patents

Description

Breedband s ignaalversterker.

De uitvinding heeft betrekking op een breedband signaalversterker met althans gedeeltelijke pool-nulpunt kompensatie, welke breedband signaalversterker is voorzien van terugkoppelmiddelen.

Een dergelijke breedband signaalversterker is bekend uit EP-A 0.314.218 (PHN 12300) en is geschikt voor toepassing in bijvoorbeeld meetapparatuur, communicatieapparatuur, medische apparatuur, hoge definitie televisie-schakelingen, schakelingen voor kleuren grafische weergeef inrichtingen en computermonitoren en is geschikt voor bijvoorbeeld versterkerschakelingen ten behoeve van de versterking van met hoge bemonsteringsfrequenties bemonsterde signalen in digitale apparatuur.

De bekende breedband signaalversterker is voorzien van o.a. een transimpedantie-versterker met een laagohmige stroomingang en een uitgang, waaraan een uitgangsspanning is te ontnemen. De transimpedantie-versterker is stroom-tegengekoppeld op de laagohmige stroomingang, waardoor bepaalde door parasitaire capaciteiten veroorzaakte kantel-frequenties in de overdrachtsfunctie van de transimpedan-tieschakeling een hogere waarde verkrijgen en de bandbreedte vergroot is. De breedband signaalversterker bezit voorts een op de ingang van de transimpedantieversterker aangesloten transadmittantieschakeling. De bandbreedte wordt nog verder vergroot door het op passende wijze compenseren van de eerste orde afname in de overdrachtsfunctie van de transimpedantieversterker met een eerste orde toename in de overdrachtsfunctie van de transadmittantieschakeling.

Het nadeel van de bekende breedband signaalversterker is, dat bij het toepassen van de stroomsturing een krachtige drijver nodig is, welke meestal ingesteld is in klasse A, en welke veel dissipeert, terwijl bij een eventuele instelling in klasse B het gevolg is dat veel elektronische componenten in de drijver nodig zijn.

Doel van de uitvinding is het verschaffen van een eenvoudiger breedbandige versterkerschakeling, die weinig vermogen dissipeert en zodanig breedbandig is, dat hiermede signalen tot ongeveer 30 a 40 MHz kunnen worden versterkt onder gebruikmaking van een minimale hoeveelheid elektronische componenten.

Daartoe heeft de in de aanhef genoemde breedband signaalversterker overeenkomstig de uitvinding het kenmerk dat de breedband signaalversterker een "current conveyor" bevat met een stroomstuuringang (X), een spanningsstuurin-gang (Y) en een uitgang (Z) en waarbij voor de wisselstroom (i) en de wisselspanning (v) aan de stuuringangen (X,Y) en de uitgang (Z) in hoofdzaak geldt: iy 0 0 0 vy vx A 0 0 . ix iz 0 G 0 v2 met stroomoverdrachtsfunktie G en spanningsoverdrachtsfunc-tie A, dat de breedband signaalversterker stroomstuurmiddelen bevat voor het aansturen van de stroomstuuringang (X) met de te versterken signalen en spanningsstuurmiddelen voor het aansturen van de spanningsstuuringang (Y) met de te versterken signalen, dat de uitgang (Z) via de terugkoppel-middelen met de stroomstuuringang (X) is gekoppeld en dat een capacitieve impedantie is opgenomen tussen de stroomstuuringang (X) en een punt van gemeenschappelijke potentiaal voor de althans gedeeltelijke pool-nulpunt kompensatie. De spanningsoverdrachtfunctie A zal meestal nagenoeg gelijk zijn aan 1.

Een aspect van de breedband signaalversterker overeenkomstig de uitvinding is de toepassing van een gecombineerde spanning-stroomsturing. Enerzijds blijven de voordelen welke worden gevormd door de hoge nauwkeurigheid voor lage frequenties van stroomsturing met tegenkoppeling gehandhaafd. Voorts is de aansturing door middel van span-ningssturing nu zeer eenvoudig en is het op eenvoudige wijze mogelijk om voor de hoge frequenties voldoende stroom te genereren aan de stroomstuuringang (X). Door toepassing van de "current conveyor" wordt de breedband signaalver-sterker overeenkomstig de uitvinding eenvoudig, daar de "current conveyor" de mogelijkheid biedt om door gelijktijdige stroom-spanningssturing op de betreffende stuuringan-gen het door de "current conveyor" afgegeven uitgangssignaal in afhankelijkheid van stuursignalen op de betreffende stuuringangen te beïnvloeden.

Het doel van de capacitieve impedantie is de benodigde stroom te verschaffen aan de ingang (X), om met name de overdracht vanuit de ingang (Y) naar de uitgang (Z), in het bijzonder voor frequenties die in een hoogfrequent gedeelte van de doorlaatband van de breedband signaalver-sterker zijn gelegen, mogelijk te maken. Bij spanningsstu-ring op de spanningsstuuringang (Y) wordt de betreffende spanning Vy, door de "current conveyor" gekopieerd naar een spanning Vx op de X-ingang, welke spanning Vx gegeven de capacitieve impedantie een bepaalde stroom naar de X-ingang doet vloeien, die tezamen met een door de stroomstuurmidde-len te leveren stroom, een uiteindelijke stroom ix teweeg brengen, die met G vermenigvuldigd een uitgangsstroom iz doet vloeien in de parasitaire belastingcapaciteit Cpar.

Voor frequenties, die in het laag frequente gedeelte van de doorlaatband van de breedband signaalversterker zijn gelegen, heeft deze capacitieve impedantie praktisch geen invloed. Met de capacitieve impedantie kan de pool, die in de overdrachtskarakteristiek van de breedband signaalversterker is gelegen, voor wat betreft de overdracht van de spanningsstuuringang (Y) naar de uitgang (Z) worden gecompenseerd, door een nulpunt in deze karakteristiek, zodat een tot hoge frequenties praktisch vlak verlopende doorlaatband van de breedband signaalversterker mogelijk is. Het blijkt dat de maximale bandbreedte van de breedband signaalversterker, dan wordt bepaald door een pool in de frequentie afhankelijke stroomoverdrachtsfunctie G. Deze pool bevindt zich evenwel bij een hoge frequentie in de orde van 30 a 40 MHz.

Door het instellen van de waarde van de capacitieve impedantie kan op eenvoudige wijze de frequentie van het nulpunt in de overdrachtskarakteristiek van de breedband signaalversterker worden beïnvloed, waardoor de pool-nulpunt compensatie te realiseren is. Door het beïnvloeden van de capaciteitswaarde, wordt bovendien de stapresponsie, in het bijzonder het in de tijd gezien laatste gedeelte ervan, beïnvloed. Een voordeel van het gebruik van een condensator voor de capacitieve impedantie is, dat de maximale via de condensator aan de stroomstuuringang (X) te leveren stroom niet wordt begrensd. Dit heeft het voordeel, dat gewenste grote spanningssprongen per tijdseenheid aan de uitgang haalbaar zijn.

Een zeer eenvoudige uitvoeringsvorm van de breedband signaalversterker, bezit overeenkomstig de uitvinding het kenmerk dat de "current conveyor" een transistor is, waarvan de emitter de stroomstuuringang (X) vormt, de basis de spanningsstuuringang (Y) vormt en de collector de uitgang (Z) van de "current conveyor" vormt.

Deze uitvoeringsvorm, waarvoor de absolute waarde van de stroomoverdrachtsfunctie G kleiner dan 1 is, bevat slechts een transistor. Gegeven de waarde van de stroomver-sterkingsfactor van de betreffende transistor zal G ongeveer 0,98 bedragen.

Een andere uitvoeringsvorm van de breedband signaalversterker, bezit overeenkomstig de uitvinding het kenmerk dat de absolute waarde van de stroomoverdrachtsfunctie G groter of gelijk is aan 1.

Het voordeel van deze uitvoeringsvorm van de breedband signaalversterker overeenkomstig de uitvinding is, dat hierdoor de "current conveyor" gedeeltelijk als stroomver-sterker functioneert, waardoor de stroom aan de stroomstuuringang kleiner kan zijn dan de uitgangsstroom van de "current conveyor" hetgeen de dissipatie ervan verkleint.

Een derde uitvoeringsvorm van de breedband signaal- versterker, bezit overeenkomstig de uitvinding het kenmerk dat de terugkoppelmiddelen gelijkstroom-terugkoppelmiddelen bevatten.

Het voordeel van deze derde uitvoeringsvorm van de breedband signaalversterker overeenkomstig de uitvinding is dat door toepassing van gelijkstroom-terugkoppeling en het beïnvloeden van de mate van gelijkstroom-terugkoppeling, de versterking van de in het laag frequente gedeelte van de doorlaatband van de breedband signaalversterker optredende signalen kan worden beïnvloed, zonder dat dit invloed heeft op de versterking van signalen in het hoogfrequente gedeelte van de doorlaatband van de breedband signaalversterker. Met de waarde van de gelijkstroomtegenkoppeling kan bovendien in het bijzonder de frequentiewaarde worden beïnvloed, waarbij de pool in de overdrachtskarakteristiek van de breedband signaalversterker optreedt.

Een vierde uitvoeringsvorm van de breedband signaalversterker, bezit overeenkomstig de uitvinding het kenmerk dat de terugkoppelmiddelen additioneel wisselstroom terugkoppelmiddelen, bijvoorbeeld een condensator parallel aan de gelijkstroomtegenkoppelmiddelen, bevatten. Door keuze van de capaciteit van deze condensator kan de stabiliteit van de teruggekoppelde breedband signaalversterker worden geoptimaliseerd.

Een vijfde uitvoeringsvorm van de breedband signaalversterker, bezit overeenkomstig de uitvinding het kenmerk dat de spanningsstuuringang (Y) met een zijde van de hoofdstroombaan van met tenminste een halfgeleider element met stuurelektrode uitgevoerde spanningsstuurmidde-len, en via een weerstand met een voedingsspanningspunt is gekoppeld, en de stroomstuuringang (X) met een zijde van de hoofdstroombaan van met tenminste een halfgeleider-element met stuurelektrode uitgevoerde stroomstuurmiddelen is gekoppeld, dat de andere zijden van de hoofdstroombanen onderling zijn verbonden via weerstandsmiddelen, waarop een zijde van een gelijkstroombron is aangesloten, welke ge-lijkstroombron anderzijds op een punt van gemeenschappelijke potentiaal is aangesloten en dat althans een van beide stuurelektroden van respectievelijk het halfgeleiderelement in de stroomstuurmiddelen en het halfgeleiderelement in de spanningsstuurmiddelen op een ingangsklem van de breedband signaalversterker is aangesloten.

Deze vijfde uitvoeringsvorm van de breedband signaalversterker overeenkomstig de uitvinding, heeft het voordeel dat de enige verbinding tussen de "current convey-or" enerzijds en het punt van gemeenschappelijke potentiaal anderzijds via de gekoppelde hoofdstroombanen loopt, zodat het eenvoudig is om de stuuringangen enerzijds en de uitgang van de breedband signaalversterker anderzijds te bedrijven met onderling verschillende waarden van gemeenschappelijke voedingspotentiaal.

Met behulp van de genoemde weerstand is het mogelijk om het gelijkstroom-werkpunt van de stroom-spannings-stuurmiddelen en de versterkingsfaktor in het hoge gedeelte van de doorlaatband te beïnvloeden. Bovendien biedt het momentaan kortsluiten van deze weerstand de mogelijkheid om bij een eventuele overbelasting van de breedband signaalversterker een daarmede gepaard gaande vergrote vermogens-dissipatie te beperken, zonder dat de versterking in het lage gedeelte van de doorlaatband van de breedband signaalversterker wordt beïnvloed. Bij toepassing in televisieont-vangers wordt dan de zogeheten donkerstroom-stabilisatie niet beïnvloed.

Met de genoemde weerstandsmiddelen kan op eenvoudige wijze de totale versterking van de teruggekoppelde breedband signaalversterker worden beïnvloed, zonder dat dit de bandbreedte van de versterker als geheel beïnvloedt. Deze mogelijkheid is vooral voor kalibratie-doeleinden van belang voor het beïnvloeden van de zogeheten witpunt kali-bratie.

Een zesde uitvoeringsvorm van de breedband signaalversterker bezit overeenkomstig de uitvinding het kenmerk dat de breedband signaalversterker een bufferversterker bevat, wiens ingang op de uitgang van de "current conveyor" is aangesloten en aan wiens uitgang de terugkoppelmiddelen zijn aangesloten. Hierdoor wordt bij een belasten van de bufferversterker de belasting op de uitgang van de "current conveyor" enigszins beperkt, waardoor de "current conveyor" wordt ontlast. Dit geldt met name voor de stroom die de terugkoppelmiddelen trekken, die nu door de uitgang van de bufferversterker wordt geleverd, doch geldt tevens met betrekking tot bijvoorbeeld een capacitieve belastings-stroom, zoals deze bijvoorbeeld door een beeldweergeefbuis wordt onttrokken aan de uitgang. De bufferversterker voorziet tevens in de mogelijkheid om het meten van de straalstroom die door een dergelijke beeldweergeefbuis wordt getrokken op eenvoudige wijze mogelijk te maken.

Een zevende uitvoeringsvorm van de breedband sig-naalversterker bezit overeenkomstig de uitvinding het kenmerk dat de uitgang van de "current conveyor" is uitgevoerd met respectievelijk een stroomafgevende uitgang en met een stroomopnemende uitgang en de bufferversterker van op de respectievelijke uitgangen aangesloten corresponderende ingangen is voorzien, welke corresponderende ingangen op respectievelijke stuurelektroden van in de bufferversterker opgenomen eerste en tweede halfgeleider-elementen zijn aangesloten, waarbij hoofdstroombanen van de eerste en tweede halfgeleider-elementen onderling via een derde halfgeleider-element in serie zijn geschakeld, waarbij een zijde van het derde halfgeleider-element de uitgang voor het aansluiten van de terugkoppelmiddelen vormt en de andere zijde van het derde halfgeleider-element een verdere uitgang vormt voor het afgeven, danwel opnemen van een belastingstroom, dat de stuurelectroden van het eerste en het tweede halfgeleider-element zodanig zijn ingesteld dat enerzijds een door de ene hoofdstroombaan te leveren en door de terugkoppelmiddelen op te nemen stroom, en anderzijds een door de belasting te leveren en door het tweede halfgeleider-element op te nemen straalstroom door middel van het derde halfgeleider-element van elkaar zijn gescheiden en dat de andere zijde van de hoofdstroombaan van het tweede halfgeleider-element op een informatie-uitgang is aangesloten voor het verschaffen van informatie over de door de belasting geleverde straalstroom.

Het voordeel van deze uitvoeringsvorm is dat de aan de terugkoppelmiddelen te leveren terugkoppelstroom de uit de belasting op te nemen stroom niet stoort, zodat een nauwkeurige informatie wordt verschaft aan de informatie-uitgang, omtrent de door de belasting opgenomen stroom, hetgeen in het bijzonder bij toepassing van een beeldweer-geefbuis als belasting van groot belang is in verband met straalstroomstabilisatie. Tevens is de betreffende uitgang van de breedband signaalversterker in staat om zowel de capacitieve laad- als ontlaadstroom te leveren. Het voordeel van deze uitvoeringsvorm is verder, dat deze een lage uitgangsimpedantie bezit en een minimum aan elektrische componenten nodig heeft om toch doeltreffend te kunnen functioneren, daar voor een meten van de straalstroom in de beeldweergeefbuis geen speciale voor dat doel aanwezige actieve componenten in de breedband signaalversterker nodig zijn.

De uitvinding zal met haar verdere voordelen nader worden toegelicht aan de hand van de bijgaande tekening, waarin soortgelijke elementen van dezelfde verwijzingscij-fers respectievelijk verwijzingssymbolen zijn voorzien. Daarbij toont: figuur 1 een voorkeursuitvoeringsvorm van de breedband signaalversterker overeenkomstig de uitvinding; figuur 2 een zeer eenvoudige uitvoeringsvorm van een "current conveyor" voor toepassing in de breedband signaalversterker volgens figuur 1; figuur 3 een voorbeeld van stroomsturing, ter toelich ting van de werking van de "current convey-or", welke toepassing vindt in de breedband signaalversterker volgens figuur 1; figuur 4 een voorbeeld van spanningssturing, ter toe lichting van de werking van de "current conveyor", welke toepassing vindt in de breedband signaalversterker volgens figuur 1 en figuur 5 een mogelijke uitvoeringsvorm van de buffer versterker voor toepassing in de breedband signaalversterker volgens figuur 1.

Figuur 1 toont een gedetailleerd weergegeven uitvoeringsvorm van een breedband signaalversterker 1. De breedband signaalversterker 1 bevat een ingangsklem vin en een uitgangsklem Vu.t. Aan klem Vin is een breedbandig signaal, bijvoorbeeld een video-signaal beschikbaar, dat wordt geleverd door niet weergegeven verdere elektronische middelen. De breedband signaalversterker 1 versterkt het ingangssignaal op klem Vin en stelt een uitgangssignaal beschikbaar op klem Vuit. Aan klem Vuit kan bijvoorbeeld een niet nader aangeduide beeldweergeefbuis worden aangesloten.

De breedband signaalversterker 1 bevat een "current conveyor" 2 en indien gewenst een bufferversterker 3. De "current conveyor" 2 bezit een (spannings)stuuringangsklem 4 en een ingangsklem 5, alsmede een uitgang 6. In de in figuur 1 weergegeven uitvoeringsvorm bezit de breedband signaalversterker 1 de bufferversterker 3, welke de uitgang 6 met de uitgangsklem Vuit koppelt. Het toepassen van de bufferversterker 3 is evenwel geenszins noodzakelijk, daar uitgang 6 ook direct kan zijn aangesloten op uitgangsklem Vuit. In de hier weergegeven uitvoeringsvorm bezit de "current conveyor" 2 een uitgang 6, die is uitgevoerd als een combinatie van een stroomafgevende uitgang 7 en een stroomopnemende uitgang 8 (deze uitgangen worden ook wel aangeduid als "current sourcing"-uitgang en "current sin-king"-uitgang). Vanzelfsprekend bezit de, in het hiernavolgende nog nader toe te lichten bufferversterker 3, ingangen die met deze uitgangen 7 en 8 corresponderen. De bufferversterker 3 bezit een uitgang 9, waarvan een tak via klem 10 en via terugkoppelmiddelen 11 op de stuuringangsklem 5 is aangesloten en waarvan de andere tak de uitgangsklem Vuit vormt.

Met spanningsstuuringangsklem 4 zijn spannings-stuurmiddelen 12 verbonden en met ingangsklem 5 zijn stroomstuurmiddelen 13 verbonden. Spannings- respectievelijk stroomsturing vindt, indien gewenst simultaan, doch door middel van afzonderlijke middelen 12 en 13 plaats.

De spanningsstuurmiddelen 12, zijn evenals de "current conveyor" 2 verbonden met een punt van de voedingsspanning, te weten Vcc. De spanningsstuurmiddelen 12 zijn voorzien van een op de voedingsspanning Vcc aangesloten weerstand 14, en een halfgeleider-element 15, dat voorzien is van een stuurelektrode 16 die verbonden is met de in-gangsklem Vin. Het halfgeleider-element 15 bezit een hoofdstroombaan in de vorm van een collector-emitter-kring. De collector van het als transistor uitgevoerde halfgeleiderelement 15 is op de weerstand 14 aangesloten en op de klem 4.

De stroomstuurmiddelen 13 zijn voorzien van een halfgeleider-element 17 met een stuurelektrode 18, die is aangesloten op een referentie spanningsbron 19. Het als transistor uitgevoerde halfgeleider-element 17 bezit een collector-emitter-kring, die de hoofdstroombaan van het halfgeleider-element vormt. De collector van het halfgeleider-element 17 is aangesloten op de ingangsklem 5, terwijl de emitter van het element 17 is gekoppeld via weerstands-middelen, die hier zijn aangeduid door middel van een weerstand 20, met de emitter van het als transistor uitgevoerde halfgeleider-element 15. Het verbindingspunt van de hoofdstroombanen van de halfgeleider-elementen 15 en 17, is ter plaatse van de emitter van het halfgeleider-element 17 aangesloten op een stroombron 21, die een in het algemeen instelbare gelijkstroom Iref levert. De beide in de stroomstuurmiddelen 13 opgenomen bronnen 19 en 21 zijn aangesloten op een gemeenschappelijke potentiaalklem Vee van de voedingsspanning.

Indien dat als zodanig gewenst is, kan de klem Vin aangesloten zijn op de stuurelektrode 18, en de klem Vip aangesloten zijn op de stuurelektrode 16; dit beïnvloedt de nog nader toe te lichten werking van de breedband signaal-versterker 1 niet.

In de in figuur 1 weergegeven uitvoeringsvorm bevat de breedband signaalversterker 1 verdere stuurmiddelen in de vorm van een condensator 23. De condensator is enerzijds aangesloten op de ingangsklem 5 en is anderzijds aangesloten op een klem Vss van een verdere voedingsspanning. Van deze verdere voedingsspanning maakt ook een klem deel uit. De klem voorziet gedeeltelijk de "current conveyor" 2 van een noodzakelijke voedingsspanning en voorziet verder de bufferversterker 3 van de noodzakelijke voedingsspanning.

De getoonde breedband signaalversterker 1 bezit voorts in de terugkoppelmiddelen 11 opgenomen stroom-terug-koppelmiddelen, in figuur 1 aangeduid door middel van een weerstand 24, en bezit voorts wisselstroom-terugkoppelmid-delen, die zijn aangeduid door middel van een parallel aan de weerstand 24 geschakelde condensator 25. De bufferversterker 3 is aangesloten op een klem Ijnf, welke klem Iinf via een diode 27 en een spanningsbron 28 is aangesloten op klem Vss van de verdere voedingsspanning.

Indien de wisselstroom, die naar stuuringang (X) vloeit wordt aangeduid met ix en de wisselspanning op stuuringang (X) wordt aangeduid als vx, en de overige wisselstromen en wisselspanningen op stuuringang (Y) en uitgang (Z) worden genoteerd als respectievelijk iy, vy, iz en vz, dan kan de volgende relatie worden genoteerd tussen deze grootheden: iy 0 0 0 vy νχ = 1 0 0 . ix iz 0 G 0 vz waarbij G de stroomoverdrachtsfunctie voorstelt. Deze relatie is gekenmerkt door de volgende vergelijkingen: iy = 0, vx = vy, iz = Gix.

Deze relaties karakteriseren de werking van de "current conveyor" 2. Meerdere gegevens dienaangaande zijn te ontnemen aan een tweetal door B. Wilson in "Electronics and Wireless World" gepubliceerde artikelen. Het eerste artikel getiteld "Using Current Conveyors" is in april 1986 op pagina 28-32 gepubliceerd; het tweede artikel getiteld "A New Look At Gain Bandwidth Product" is in augustus 1987 gepubliceerd op pagina 834-836. In het als eerste genoemde artikel is de waarde die de stroomoverdrachtsfunctie aanneemt beperkt tot + 1.

Een zeer eenvoudige uitvoeringsvorm van een dergelijke "current conveyor" is in figuur 2 getoond. In deze uitvoering fungeert een transistor 50 als een eenvoudige "current conveyor" . De basis 51 hiervan vormt de (span-nings)stuuringang (Y) en is aangesloten op (spannings)-stuuringangsklem 4, waarop de spanningsstuurmiddelen 12 zijn aangesloten. De emitter 52 van de transistor 50 vormt de stroomstuuringang (X) en is aangesloten op een parallelschakeling van de stroomstuurmiddelen 13 en de condensator 23. De collector 53 vormt de Z-uitgang van de "current conveyor". Hierop is een weerstand R54 aangesloten naar voedingsspanning en is een condensator Cpar aangesloten getekend, welke de combinaties van de parasitaire capaciteit van de transistor 50, de aansluitbanen en de op de klem 6 aangesloten belasting vormt.

De werking van "current conveyors", zal nu nader worden toegelicht aan de hand van de figuren 3 en 4. Figuur 3 toont een schema van een versterkerschakeling waarbij een terugkoppelweerstand R is aangebracht tussen uitgang V2 van de bufferversterker 3 en ingangsklem 5 van de "current conveyor" 2. Ingang 4 is geaard en een stroombron I1 is tussen de ingangsklem 5 en klem Vss aangesloten. De bufferversterker 3 zorgt ervoor dat de stroom iz en daarmee ook de stroom ix voldoende klein is. Voor het schema van figuur 3 geldt dan: V2 = R.I.,. De schakeling is stroomgestuurd en tegengekoppeld, hetgeen het gelijkstroomgedrag en het gedrag bij lage frequenties gunstig beïnvloedt. Voorts volgt de uitgangsspanning V2 de ingangsstroom I1 nauwkeurig.

Figuur 4 toont daarentegen een schema waarbij in plaats van directe sturing op de stroomstuuringang 5, sturing op de spanningsstuuringang 4 plaats vindt met behulp van een tussen ingang 4 en klem Vss aangesloten spanningsbron V,. Tussen ingang 5 en klem Vss is een condensator C2 aangesloten en tussen uitgang 6 en klem Vss is een condensator C1 aangesloten. Voor het schema van figuur 4 geldt: V2 = G C2/C1 Vr Deze schakeling bezit een voorwaartse koppeling en geen tegenkoppeling. Er treden hierin dan ook geen lusstabiliteitsproblemen op en de schakeling heeft daardoor een gunstig gedrag bij hoge frequenties.

Daar waar de werking van het schema van figuur 3 voor zich spreekt, gegeven de vergelijkingen van de "cur-rent conveyor", wordt met betrekking tot figuur 4 nog het volgende opgemerkt. Hiervoor geldt: Vx = Vy = Vr Aldus zal de combinatie van de opgedrukte spanning V, en de condensator C2 in de laatste een stroom teweeg brengen, die in ingang X zal vloeien en die vervolgens vermenigvuldigd met de stroomversterkingsfactor G aan de uitgang Z gekopieerd zal worden. Deze uitgangsstroom vloeit door condensator C.,, zodat hierover een met de spanning V, corresponderende spanning ontstaat, die na verwerking door de bufferverster-ker 3 in de vorm van een spanning V2 beschikbaar komt. Tot zover de toelichting op de werking van de schema's van de figuren 3 en 4 afzonderlijk, waarbij nog opgemerkt wordt dat elk van deze beide vormen van stroom- respectievelijk spanningssturing hun specifieke voordelen hebben, waarbij de spanningsturing speciaal geschikt is voor de hogere frequenties en de stroomsturing voor de lagere frequenties.

Deze voordelen worden gecombineerd bij toepassing van de in figuur 1 weergegeven breedband signaalversterker 1. Hierin vindt namelijk een gelijktijdige spannings- en stroomsturing plaats. Spanningssturing vindt, gezien vanaf klem Vin, plaats met behulp van de spanningsstuurmiddelen 12, waarbij door de "current conveyor" 2 de spanning op ingang 4 wordt gekopieerd naar ingang X en deze gekopieerde spanning tezamen met condensator 23 een stroom naar ingang X teweeg brengt, die G maal vermenigvuldigd aan uitgang 6 ter beschikking komt en verder wordt geleid naar Cpar. Stroomsturing vindt, opnieuw gezien vanaf klem Vin, plaats via weerstand 20 en de stroomstuurmiddelen 13, waarbij naast de door de spanningssturing teweeg gebrachte stroom naar ingang X tevens een directe beïnvloeding door middel van de stroomstuurmiddelen 13 van de stroom naar ingang X

plaats vindt. Deze combinatie van spannings- en stroomstu-ring leidt tot een bijzonder eenvoudig ingerichte schakeling van de breedband signaalversterker 1. Bovendien blijven de voordelen die elk van deze sturingen afzonderlijk bezitten in de schakeling van figuur 1 onverkort gehandhaafd. Het gevolg is dat door deze gecombineerde sturing bij toepassing van een passende pool-nulpunt compensatie een versterking tot zeer hoge frequenties, in de orde van 30 a 40 MHz, mogelijk is. Dit zal in het hiernavolgende nog nader worden toegelicht.

Op basis van de bovenvermelde relaties voor de "current conveyor" 2 is de schakeling van de breedband signaalversterker 1 volgens figuur 1 doorgerekend, hetgeen leidde tot

Hierin stelt p de laplace operator voor, Vip(p) is de door de referentie spanningsbron 19 geleverde spanning, en Cpar is de capacitieve belasting aan uitgang 6 van de "current conveyor" 2. Cpar ligt in de grootte orde van enkele picofarads tot ongeveer 20 pF. In Cpar zijn de parasitaire capaciteiten begrepen, die door de transistoren in de uitgang 6 teweeg worden gebracht en door de ingangs-trap van de bufferversterker 3. Voorts zijn in Cpar de bedradingscapaciteiten begrepen. Voor het overige zijn de weerstanden en de condensatoren op de gebruikelijke wijze genoteerd. In deze relatie is overigens de factor, die de invloed van een variatie van de voedingsspanning Vcc op de uitgangsspanning Vuit tot uitdrukking brengt, alsook de factor die de invloed van een variatie van Iref op Vuit tot uitdrukking brengt niet opgenomen. Van belang is nog op te merken dat voor de stroomoverdrachtsfunctie G in het algemeen de volgende relatie geldt:

Hierin stelt GO de waarde van G voor bij de nul- frequentie, en is Tg de tijdconstante, waarboven een 20 db per decade af val van G is waar te nemen. De waarde van de pool in de overdrachtsfunctie G is bij hoge frequenties, in de praktijk bij frequenties hoger dan 30 MHz gelegen.

Het blijkt in de praktijk dat de factor R24/R20 samenhangt met de stroomsturing door de stroomstuurmiddelen 13. Deze factor is tevens bepalend voor het gelijkstroomge-drag van de breedband signaalversterker 1.

De bovengegeven uitdrukking voor Vuit(p) bevat in de noemer een eerste orde pool bij een frequentiewaarde die in de praktijk bij ongeveer 3MHz is gelegen. De aanwezige tweede orde pool in deze uitdrukking wordt bepaald door de pool in de overdrachtsfunctie G. Deze pool is gelegen bij een frequentiewaarde die groter is dan 30 MHz.

De teller van de bovengegeven uitdrukking voor de breedband signaalversterker 1 bezit een nulpunt. Door de waarde van pool en nulpunt aan elkaar gelijk te maken kan pool-nulpunt compensatie worden gerealiseerd, waardoor de doorlaatband van de breedband signaalversterker 1 aanzienlijk wordt vergroot, en deze aan de bovenzijde ervan slechts wordt begrensd door de bij 30 a 40 MHz gelegen pool in de stroomoverdrachtsfunctie G.

Onder weglating van de voormelde factoren en onder de volgende aannames: R24 » R14 en C23 » C25, kan uit de bovenvermelde relatie voor de spanningsoverdrachtfunctie H(p) worden genoteerd:

Op basis van deze praktische relatie kan nog het volgende worden opgemerkt: 1 Zoals reeds is uiteengezet is in de teller een nulpunt en in de noemer een pool te herkennen. De verschillende in deze relatie aangeduide componenten kunnen zodanige waarden worden gegeven, dat pool en nulpunt elkaar compenseren. In de praktijk zal deze compensatie bij onge- veer 3 MHz plaats vinden.

2 De uiteindelijke bandbreedte wordt dan in hoofdzaak bepaald door de pool in de overdrachtsfunctie G. Deze pool bevindt zich evenwel, zoals al eerder opgemerkt, bij ongeveer 30 a 40 MHz. Aldus zal de bandbreedte bij span-ningssturing van de breedband signaalversterker X zich eveneens tot deze hoge frequenties uitstrekken.

3 Met behulp van de weerstandswaarde van R20, kan de totale versterking worden ingesteld. Welke bijvoorbeeld te gebruiken is voor de zogenaamde wit-D-calibratie.

4 De weerstand R14 en de condensatoren C23 en C25 bepalen alleen de hoogfrequentversterking. Een van deze voornoemde componenten kan worden gebruikt voor het realiseren van pool-nulpunt compensatie. Het verdient de voorkeur om pool-nulpunt compensatie te realiseren door het instellen van C23, omdat R14 het gelijkstroomwerkpunt beïnvloedt. Het is in de praktijk gunstig gebleken om C25 te benutten voor het realiseren van een optimale stabiliteit, daar de waarde van C25 de hoogfrequente terugkoppelfactor bepaalt. Indien C23 niet op passende wijze wordt afgesteld, vertoont de stapresponsie een zogeheten staart, en duurt deze te lang, hetgeen ongewenst is.

5 Het is in de praktijk van voordeel gebleken om de mogelijkheid te creëren om onder gegeven omstandigheden de weerstand R14 te kunnen kortsluiten. Dit beperkt dan de bandbreedte en de vermogensdissipatie, zonder dat hierdoor de versterking in het lage gedeelte van de doorlaat-band van de breedband signaalversterker 1 wordt aangetast. Dit is het gevolg van het feit dat de "current conveyor" in klasse AB is ingesteld. De mogelijkheid vindt toepassing bij het realiseren van een bescherming tegen overbelasting indien er gedurende langere tijd een signaal door de breedband signaalversterker wordt verwerkt dat veel hogere frequentie componenten bevat. Het voordeel is bovendien dat bij toepassing in televisietoestellen de zogeheten donkerstroom stabilisatie hierdoor niet wordt beïnvloed.

6 De stroom door de belasting Cpar, wordt in overwegende mate op voorwaartse wijze opgewekt en afgeleid van de stroom door C23. De stroom door C23, die wordt opgedrukt door de spanning aan de spanningsstuuringang 4 van de "current conveyor" 2, wordt in de "current conveyor" gekopieerd. Hierbij kan door de condensator C23 zoveel stroom vloeien als nodig is om de gevraagde belastingstroom te leveren. C23 stelt geen bovengrens aan de stroom die aan de stroomstuuringang 5 kan worden geleverd. De toepassing van C23 waarborgt dan ook dat een voldoende stroom aan de "current conveyor" 2 kan worden geleverd om de "slew-rate" problemen, die worden veroorzaakt door de belasting te overwinnen. Dit is met name van belang indien de belasting wordt gevormd door de genoemde parasitaire capaciteiten, waarbij piekstromen tot 200 mA kunnen voorkomen, die onder gegeven omstandigheden aan de "current conveyor" 2 worden onttrokken van of worden geleverd aan de uitgang 6. Bij wijze van voorbeeld kan bij toepassing van de breedband signaalverster-ker 1 als video-versterker worden gedacht aan een "slew-rate" van 10 kV per microseconde bij een praktische belasting van ongeveer 20 pF, welke dan een uitgangspiek-stroom vereist van ongeveer 200 mA.

7 Naarmate de absolute waarde van de overdrachtsfunctie G groter is dan 1 zal een dienovereenkomstig kleiner gedeelte van de door de uitgang 6 aan de belasting te leveren stroom, door de stroomstuuringangsklem 5 vloeien. In het praktische geval dat geldt: G=6, zal de maximale aan de stroomstuuringang 5 te leveren piekstroom ongeveer 33 mA bedragen. Een verder voordeel van het groter dan 1 maken van de absolute waarde van de overdrachtsfunctie G is dat uit de bovenvermelde relaties direct duidelijk wordt dat naarmate G groter is, de invloed van Cpar op de spanning Vuit(p) kleiner zal zijn, daar de deelfactor Cpar/G dan ook een kleinere waarde bezit.

De enige verbinding tussen de stuurmiddelen 12, 13 en de "current conveyor" 2 loopt via de collectoren van de halfgeleider-elementen 15 en 17, waarbij de som van de stromen door de respectievelijke hoofdstroombanen constant is en gelijk is aan Iref. Dit heeft tot gevolg dat het betrekkelijk eenvoudig is om de betreffende ingangssignalen aan de stuuringangen X, Y enerzijds en het uitgangssignaal op uitgang 6 anderzijds te relateren aan twee verschillende aardpotentialen. Aan figuur 1 is te ontnemen dat voeding van de "current conveyor" 2 plaats vindt via voedingskiem-men V^, Vcc en Vss. De stuurmiddelen zijn geaard aan Vee. De toegelichte inrichting van de stuurmiddelen 12 en 13, bezit voorts nog een belangrijk voordeel met betrekking tot de mogelijke toepassing als reduceerschakeling voor signalen, die via klem Vin worden toegevoerd.

Figuur 5 toont een mogelijke uitvoeringsvorm van de bufferversterker 3 voor toepassing in de breedband signaal-versterker zoals opgenomen in figuur 1. De getoonde bufferversterker 3, bevat tussen de klemmen en Vss een serie-schakeling van achtereenvolgens een halfgeleider-element 29 met stuurelektrode 30, een halfgeleidend element, aangeduid als een diode 31, een halfgeleider-element 32 met stuurelektrode 33, de diode 27 en de spanningsbron 28. Tussen klem Iinf en klem Vss is verder een weerstand 34 opgenomen.

De halfgeleider-elementen 29 en 32 zijn transistoren, die in figuur 5 op de bekende wijze zijn weergegeven. Stuurelektrode 30 is aangesloten op de stroomafgevende uitgang 7 van de "current conveyor" 2 en stuurelektrode 33 is aangesloten op de stroomopnemende uitgang 8 van de "current conveyor" 2.

Het leveren van stroom aan de belasting Cbel vindt plaats via de hoofstroombaan van het halfgeleider-element 29 en de diode 31, dat wil zeggen via de collector-emitter-kring die in serie is geschakeld met de diode 31. De diode 31 laat bij het leveren van stroom aan de belasting Cbel de betreffende belastingstroom door. Het onttrekken van stroom uit de belasting Cbel heeft tot gevolg dat een stroom via de hoofdstroombaan van het halfgeleider-element 32 vloeit, dat wil zeggen via de collector-emitter-kring van het halfgeleider-element 32, en via de weerstand 34 en de diode 27 en bron 28 naar klem Vee.

Het is van belang op te merken dat bij toepassing van een beeldweergeefbuis als belasting, deze buis een stroom levert aan de klem Vuit, die via de collector-emit-ter-kring van de transistor 32 naar klem Iinf en vervolgens via de weerstand 34 vloeit. Het leveren van straalstroom door de belasting is nog schematisch aangeduid met een stroombron Istr. Het is van belang om deze straalstroom te kunnen meten, omdat deze een maat is voor de intensiteit van de elektronenbundel. Het signaal op klem ïfnf verschaft derhalve informatie over de grootte van de straalstroom die gebruikt wordt voor het tot stand brengen van straalstroom-stabilisatie en piekstraalstroombegrenzing.

Tussen uitgang 7 en klem Vuit kan, indien gewenst, nog een weerstand 35 zijn opgenomen, welke een extra positieve lekstroom aan de belasting toevoert, waardoor de breedband signaalversterker 1 geschikt is om samen te werken met beeldweergeefbuizen van een type met geïmpregneerde, zogeheten I kathodes.

De levering van terugkoppelstroom aan de terugkop-pelmiddelen 11 vindt plaats via klem 10, terwijl deze stroom, die in het algemeen orden groter is dan de straalstroom, de meting van de straalstroom niet mag verstoren.

De schakeling van figuur 5 voorziet nu op eenvoudige wijze in de mogelijkheid om de straalstroom te meten aan klem Iinf, zonder dat deze door de terugkoppel stroom naar klem 10 wordt gestoord. Hiertoe is het noodzakelijk dat de instel-gelijkspanningen tussen de stroomafgevende uitgang 7 en de stroomopnemende uitgang 8 zodanig zijn dat het verschil tussen deze spanningen kleiner is dan drie junctiespannin-gen, dat wil zeggen kleiner dan ongeveer 3 x 0,6 Volt, daar er anders een ongewenste ruststroom door de serieschakeling van de collector-emitterkring van de transistoren 29 en 32 en de diode 31 gaat lopen. Anderzijds dient voor een goede werking van de lekstroomcompensatie door de weerstand 35 het verschil tussen deze spanningen groter dan een junctie-spanning te zijn. Bij voorkeur bedraagt deze twee junctie-spanningen, dus ongeveer 2 x 0,6 Volt. Tussen de uitgangen 7 en 8 zijn gelijkspanningsmiddelen 22 aangebracht, die de gewenste junctie-spanning verschaffen.

Claims (8)

1. Breedband signaalversterker met althans gedeeltelijke pool-nulpunt kompensatie, welke breedband signaal-versterker is voorzien van terugkoppelmiddelen, met het kenmerk dat de breedband signaalversterker een "current conveyor" bevat met een stroomstuuringang (X), een span-ningsstuuringang (Y) en een uitgang (Z) en waarbij voor de wisselstroom (i) en de wisselspanning (v) aan de stuurin-gangen (X,Y) en de uitgang (Z) in hoofdzaak geldt: iy 0 0 o vy vx A 0 0 . ix iz 0 G 0 vz met stroomoverdrachtsfunktie G en spanningsoverdrachtsfunc-tie A, dat de breedband signaalversterker stroomstuurmiddelen bevat voor het aansturen van de stroomstuuringang (X) met de te versterken signalen en spanningsstuurmiddelen voor het aansturen van de spanningsstuuringang (Y) met de te versterken signalen, dat de uitgang (Z) via de terugkoppelmiddelen met de stroomstuuringang (X) is gekoppeld en dat een capacitieve impedantie is opgenomen tussen de stroomstuuringang (X) en een punt van gemeenschappelijke potentiaal voor de althans gedeeltelijke pool-nulpunt kompensatie.

2. Breedband signaalversterker volgens conclusie 1, met het kenmerk dat de "current conveyor" een transistor is, waarvan de emitter de stroomstuuringang (X) vormt, de basis de spanningsstuuringang (Y) vormt en de collector de uitgang (Z) van de "current conveyor" vormt.

3. Breedband signaalversterker volgens conclusie 1, met het kenmerk dat de absolute waarde van de stroomover-drachtsfunctie G groter of gelijk is aan 1.

4. Breedband signaalversterker volgens een van de conclusies 1 t/m 3, met het kenmerk dat de terugkoppelmiddelen gelijkstroom-terugkoppelmiddelen bevatten.

5. Breedband signaalversterker volgens conclusie 4, met het kenmerk dat de terugkoppelmiddelen additioneel wisselstroom-terugkoppelmiddelen bevatten.

6. Breedband signaalversterker volgens een der conclusies 1 t/m 5, met het kenmerk dat de spanningsstuur-ingang (Y) met een zijde van de hoofdstroombaan van met tenminste een halfgeleider element met stuurelektrode uitgevoerde spanningsstuurmiddelen, en via een weerstand met een voedingsspanningspunt is gekoppeld, en de stroom-stuuringang (X) met een zijde van de hoofdstroombaan van met tenminste een halfgeleider-element met stuurelektrode uitgevoerde stroomstuurmiddelen is gekoppeld, dat de andere zijden van de hoofdstroombanen onderling zijn verbonden via weerstandsmiddelen, waarop een zijde van een gelijkstroom-bron is aangesloten, welke gelijkstroombron anderzijds op een punt van gemeenschappelijke potentiaal is aangesloten en dat althans een van beide stuurelektroden van respectievelijk het halfgeleider-element in de stroomstuurmiddelen en het halfgeleider-element in de spanningsstuurmiddelen op een ingangsklem van de breedband signaalversterker is aangesloten.

7. Breedband signaalversterker volgens conclusie 1, met het kenmerk dat de breedband signaalversterker een bufferversterker bevat, wiens ingang op de uitgang van de "current conveyor1' is aangesloten en aan wiens uitgang de terugkoppelmiddelen zijn aangesloten.

8. Breedband signaalversterker volgens conclusie 7, met het kenmerk dat de uitgang van de "current conveyor" is uitgevoerd met respectievelijk een stroomafgevende uitgang en met een stroomopnemende uitgang en de bufferversterker van op de respectievelijke uitgangen aangesloten corresponderende ingangen is voorzien, welke corresponderende ingangen op respectievelijke stuurelektroden van in de bufferversterker opgenomen eerste en tweede halfgeleider-elemen-ten zijn aangesloten, waarbij hoofdstroombanen van de eerste en tweede halfgeleider-elementen onderling via een derde halfgeleider element in serie zijn geschakeld, waarbij een zijde van het derde halfgeleider-element de uitgang voor het aansluiten van de terugkoppelmiddelen vormt en de andere zijde van het derde halfgeleider-element een verdere uitgang vormt voor het afgeven, danwel opnemen van een belastingstroom, dat de stuurelectroden van het eerste en het tweede halfgeleider-element zodanig zijn ingesteld dat enerzijds een door de ene hoofdstroombaan te leveren en door de terugkoppelmiddelen op te nemen stroom, en anderzijds een door de belasting te leveren en door het tweede halfgeleider-element op te nemen straalstroom door middel van het derde halfgeleider-element van elkaar zijn gescheiden en dat de andere zijde van de hoofdstroombaan van het tweede halfgeleider-element op een informatie-uitgang is aangesloten voor het verschaffen van informatie over de door de belasting geleverde straalstroom.