DE2529966C3

DE2529966C3 - Transistorverstärker

Info

Publication number: DE2529966C3
Application number: DE2529966A
Authority: DE
Inventors: Arthur John Flemington N.J. Leidich (V.St.A.)
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1974-07-05
Filing date: 1975-07-04
Publication date: 1979-04-05
Also published as: FR2277461B1; JPS562446B2; GB1497194A; JPS5131156A; FR2277461A1; US3946325A; DE2529966B2; DE2529966A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Transistorverstärker einer Gattung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine ältere Generation von integrierten Operationsverstärkern war zum Betrieb mit Versorgungsspannungen ausgelegt, die positiv und negativ bezüglich einer Bezugsspannung sind, dergegenüber die Eingangsklemmen des Operationsverstärkers vorgespannt wurden. Derartige Anordnungen benötigen zwei stabilisierte Versorgungsquellen, um die beiden Versorgungsspannungen entgegengesetzter Polarität zu liefern. Außerdem mußten die Eingangssignale innerhalb eines Bereichs gehalten werden, der zwischen der positiven und negativen Versorgungsspannung liegt und diese Spannungen nicht mit umfaßt, damit die richtige Verstärkerwirkung nicht aussetzte. Andererseits mußten bei Verwendung einer einzigen Versorgungsquelle die Eingangsklemmen des Operationsverstärkers mit Hilfe von Spannungsteilern vorgespannt werden. Das Eingangssignal konnte dann nicht bis zu den Grenzen des von der einzigen Versorgungsqueile gebotenen Spannungsbereichs oder darüber hinaus ausschlagen, ohne die gewünschte Verstärkerwirkung zu beeinträchtigen. Diesen Nachteil hat auch ein aus der deutschen Offenlegungsschrift !9 48 850 bekannter Transistorverstärker der obengenannten Gattung.

Ein Hauptbestreben bei der Verwendung integrierter Schaltungen besteht darin, das Ausmaß äußerer Schaltungsteile klein zu halten. Hierdurch kann die Wirtschaftlichkeit und Zuverlässigkeit erhöht und das Volumen des Schaltungsaufbaus verringert werden. Es besteht somit Bedarf an einem Transistorverstärker, der mit einer einzigen Versorgungsspannungsquelle betrieben werden kann und dessen Eingangsklemmen auf eines der Versorgungspotentiale bezogen werden können. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Transistorverstärker der genannten Gattung so auszubilden, daß er diese Forderung erfüllt Diese Aufgabe wird mit den im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst

Beim erfindungsgemäßen Verstärker werden de·: dritte und der vierte Transistor, deren jeder eine Kollektorlast (»Lasttransistor«) für den mit ihm in Kollektor-Kollektor-Verbindung stehenden ersten bzw. zweiten Verstärkertransistor darstellt, durch Pegelverschiebungsschaltungen so vorgespannt, daß ihre Kollektor-Emitter-Ruhespannungen wesentlich kleiner sind als ihre Basis-Emitter -Ruhespannungen, andererseits aber groß genug, damit sich die Lasttransistoren nicht in der Sät jng befinder .Vn den derart belasteten Ver-

Stärkertransistoren können die Basisspannungen bezüglich des Bezugspotentials über einen Bereich gehen, der das Bezugspotential mit einschließt. Das heißt, das Basispotential jedes der Verstärkertransistoren kann die gleiche Polarität haben wie das Basispotential des zugehörigen Lasttransistors. Andererseits kann jedoch das Basispotential des Verstärkertransistors auch über einen begrenzten Bereich die entgegengesetzte Polarität des Basispotentials des zugehörigen Lasttransistors aufweisen. Wo die Emitter-Kollektor-Spannung des l.asttransistors ihren Sättigungswert erreicht, kann dieser begrenzte Bereich nahezu so groß sein wie die Spannung am Kollektor-Basis-Übergang des Verstärkertransistors bei dessen Vorspannung in Durchlaßrichtung minus der höheren der Kollektor-Emitter-Spannungen an den beiden Transistoren beim Einsetzen ihrer Sättigung. Beim Siliziumtransistor kann dieser begrenzte Bereich beispielsweise 500 bis 600 Millivolt

r%" Ii It Λη*\

Kollektorströme der Transistoren IH und 112. Diesi zweimal verstärkten Stromänderungen stehen an dei Ausgangsklemmen 103 und 104 zur Kopplung auf eini nachgeordnete Schaltung zur Verfügung.

Der Verstärker 100 arbeitet mit einer einzigei Versorgungsquelle, die als Batterie 115 dargestellt ist deren negativer Pol mit Masse verbunden ist, also da Bezugspotential liefert. Das Ruhepotential an jeder de Eingangsklemmen 101 und 102 wird im gezeigten FaI mittels der Widerstände 117 und 118 auf den Wert de Massepotentials eingestellt. Hiermit können den Hin gangsklemmen 101 und 102 des Verstärkers 100 übe Koppelkondensatoren 121 und 102 Gegentakt-Ein gangssignale aus den Signalquellen 119 \inH 121 angelegt werden. Alternativ kann auch eine de Klemmen 101 und 120 angelegt werden. Alternativ kam auch eine der Klemmen 101 und 102 mit Massi verbunden sein und nur die andere Klemme cii

tial des Verstärkertransistors einen Ruhewert von im wesentlichen gleich dem Bezugspotential zu geben und es gewünschtenfalls um dieses Potential schwingen zu lassen. Man erhält hierdurch auch einen neuen Spielraum für die Konstruktion von Verstärkern, insbesondere wenn nur eine einzige Versorgungsquelle verwendet werden soll.

In der Theorie ist es an sich bekannt (vgl. die Zeitschrift »Funk-Technik« 1973, Nr. 9, Seite 313) daß moderne Siliziumtransistoren bereits bei Kollektor-Emitter-Spannungen normal arbeiten können, die niedriger sind als die erforderliche Basis-Emitter-Spannung. Als praktische Ausnutzung dieses Transistorverhaltens zeigt die trfindung auf, wie die Emitter-Kollektor-Spannungen von in Kollektor-Kollektor-Verbindung angeordneten komplementären Transistoren genügen können, um einen normalen Transistorbetrieb zu erlauben, auch wenn die Basis des (als Eingangstransistor verwendeten) einen Transistors bei oder nahe dem Bezugspotential liegt, an das der Emitter des (als Lasttransistor verwendeten) anderen Transistors angeschlossen ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhandvonZeichnungen ausführlich erläutert. Die Fig. 1, 2, 3, 4 und 5 sind Schaltbilder verschiedener Kaskadenschaltungen von Differenzverstärkern, deren jede eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.

Die in Fig. 1 gezeigte Verstärkeranordnung 100 hat ein Eingangsklemmenpaar 101 und 102 und ein Ausgangsklemmenpaar 103 und 104, zwischen denen sich eine Kaskadenschaltung aus folgenden Teilen befindet: einem e°iittergekoppelten Differenzverstärker aus gleichartigen PNP-Transistoren 105 und 106; zwei gleichartige Spannungsübertragungsglieder, deren eines aus den Elementen 107 und 109 und deren anderes aus der. Elementen 108 und 110 besteht; einem emittergekoppelten Differenzverstärker aus gleichartigen NPN-Transistoren 111 und 112. Die Änderungen der Basisströme der Transistoren 105 und 106, die durch ein zwischen die Klemmen 101 und 102 gelegtes Differential-Eingangssignal verursacht werden, erscheinen in verstärkter Form als Änderungen der Kollektorströme der Transistoren 105 und 106. Diese Kollektorstromänderungen werden über die Spannungsübertragungsglieder 107, 109 bzw. 108, 110 gekoppelt, um entsprechende Basis-Stromänderungen in den Transistoren 111 und i 12 zu verursachen. Diese Basisstromänderungen an den Transistoren 111 und 112 werden wiederum verstärkt und erscheinen als Änderungen der

6B6 g pg

Klemmen 101 und 102 können auch auf ein gemeinsa mes, gegenüber Masse positives Potential vorgespann werden, welches dem Versorgungspotential am positi ven Pol der Versorgungsspannungsquelle 115 bis au einen Abstand nahe kommt, der mindestens gleich is der Durchlaßspannung an den Basis-Emitter-Ubergän gen der Transistoren 105 und 106 plus der notwendigei Betriebsspannung für eine Stromquelle 123, dii /wischer; die zusammengekoppelten Emitterelektrode! der Transistoren 105 und 106 einerseits und dei positiven Pol der Versorgungsquelle 115 andererseit geschaltet ist.

Die Stromquellen 125 und 126 haben vorzugsweisi gleiche Eigenschaften, ebenso auch die Stromquelle) 127 und 128. Diese Stromquellen 125 bis 128 und aucl die Stromquelle 123 seien Konstantstromquellen, dii beispielsweise jeweils durch die Emitter-Kollektor Strecke eines PNP-Transistors mit konstanter Basis Emitter-Vorspannung gebildet sein können. Stat mittels aktiver Elemente können die Stromquellen 123 125 bis 127 auch einfach mittels gleichstromleitende Impedanzelemente, zum Beispiel mittels Widerstände! realisiert werden. Die Stromquelle 125 hält dii Schottky-Diode 109 und den Basis-Emitter-Überganj des Transistors 107 in Durchlaßrichtung gespannt. Dii Stromquelle 126 hält in ähnlicher Weise die Schottky Diode 110 und den Basis-Emitter-Übergang de Transistors 108 in Durchlaßrichtung gespannt.

Wenn am Ausgang der Verstärkeranordnung ledig lieh Eintakt-Signale gefordert werden, kann eine de Stromquellen 127 und 128 durch eine Direktverbindunj ersetzt werden. Eine andere Möglichkeit für dieser. FaI besteht darin, die Stromquellen 127 und 128 durch dei Eingangskreis bzw. den Ausgangskreis eines sogenann ten »Stromspiegelverstärkers« zu ersetzen, der dii Koüektor-Strorriänderjrigen der Transistoren 111 um 112 konstruktiv oder aufbauend miteinander vereinigt.

Die Kollektoren der PNP-Transistoren 105 und 10( sind mit den Kollektoren von NPN-Transistoren 13 und 132 verbunden. Die mit ihren Emittern an Massi liegenden NPN-Transistoren 131 und 132 bilden aktivi Kollektorlasten für die PNP-Transistoren 105 und 106 ihre Basis-Elektroden empfangen im Gleichtakt eini Gegenkopplung von den zusammengefaßten Emitten der Transistoren 111 und 112. Infolge dieser Gleichtakt Gegenkopplung stellen die Kollektoren der Transisto ren ΐ3ί und 132 eine relativ niedrige impedanz füi Gleichtaktkomponenten der Kollektorströme der Tran sistoren 105 und 106 dar. Hinsichtlich Differential- odei

Gegeniaktänderungen der Kollektorströme aus den Transistoren 105 und 106 sind die Transistoren 131 und 132 jedoch für Konstantstrombetrieb vorgespannt, so daß die Kollektoren der Transistoren 131 und 132 für solche Differentialänderungen der Kollcktorströme der Transistoren 105 und 106 eine relativ hohe Impedanz darstellen.

Die jrste Schleife der Gleichtakt-Rückkopplung beginnt un den zusammengeschalteten Kollektoren der Transistoren 105 und 131, läuft von dort über den in dieser Hinsicht als Emitterfolger wirkenderi Transistor 107 und über die Schottky-Sperrdiode 109 zur Basis des Transistors 111, dann weiter über den als Emitterfolger wirkenden Transistor 111 zur Basis des Transistors 131. Geschlossen wird diese erste Schleife durch die Emitterfolger-Wirkung des Transistors 131. Die zweite Schleife der Gleichtakt-Rückkopplung beginnt an den zusammengeschalteten Kollektoren der Transistoren 10e und 132. gehl vnn Hnrl ijhpr rijp Rrnitfprfnlgpr-Wirkung des Transistors 108 und über die Schottky-Sperrdiode 110 zur Basis des Transistors 112, läuft dann durch Emitterfolger Wirkung des Transistors 112 weiter zur Basis des Transistors 132 und wird geschlossen durch die Emitterfolger-Wirkung des Transistors 132. Durch die gemeinsame Verbindung der Emitter der Transistoren 111 und 112 mit den Basis-Elektroden der Transistoren 131 und 132 werden Differentialänderungen der Emitterströme der Transistoren 111 und 112 hinsichtlich ihres Einflusses auf die Basiselektroden der Transistoren 131 und 132 destruktiv (das heißt sich gegeneitig auslöschend) miteinander kombiniert. Aus diesem Grund sind die besagten Gegenkopplungsschleifen für Differentialsignale unwirksam.

Die Stromquelle 123 bestimmt die kombinierten (das heißt die Summe der) Emitterströme der Transistoren 105 und 106. Der Kollektorstrom jedes de. Transistoren 105 und 106 steht über einen Faktor α im Verhältnis zum betreffenden Emitterstrom, wobei λ die Stromverstärkung des Transistors in Basisschaltung ist, die nahe dem Wert 1 liegt. Die Gleichtakt-Kollektorströme der Transistoren 105 und 106 sind einander gleich. Die Gleichtakt-Rückkopplung stellt die Basis-Emitter-Spannungen der Transistoren 131 und 132 so ein, daß diese Transistoren die Gleichtakt-Kollektorströme der Transistoren 105 und 106 aufnehmen.

Das hier besonders interessierende Merkmal der Gleichtakt-Rückkopplungsschleife besteht darin, daß sie die Ruhepotentiale Vsto7 und Vbim an den Basiselektroden der Transistoren 107 und 108 nahe am Massepotential hält, jedoch nicht so dicht, daß eine Sättigung der Transistoren 131 und 132 eintritt. Es gilt:

VfllO7 =

Vsao8 =

— V|09—

109— 'fifI07

Vgai2—

wobei Vg£die Basis-Emitter-Spannung eines Transistors bedeutet und die nachgesetzte Zahl den betreffenden Transistor angibt. Die Basis-Emitter-Spannung V_Be beträgt bei Stromstärken, wie sie in Verstärkern des hier in Rede stehenden Typs vorkommen, etwa 0,65 _w) Volt. Vio9 und Vi ,o sind die Schottky-Sperrschicht-Spannungen der Dioden 109 und 110, die etwa 03 Volt betragen. Somit sind die Potentiale Veio7 und Vsioe jeweils etwa 035 Volt bezüglich des Masse- oder Bezugspotentials. Dieser Wert liegt weit genug über der _bj 0,! Volt hohen Sättigungsspannung der Transistoren 131 und 132.
Hiermit werden auch die Transistoren 105 und 106 außerhalb der Sättigung gehalten, wenn ihre Basen gegenüber Masse vorgespannt sind. Ihre Emitter sind im Falle einer solchen Vorspannung um etwa 0,65 Volt positiver als das Massepotential, so daß die Transistoren 105 und 106 eine Kollektor-Emitter-Spannung von etwa 0,3 Volt aufweisen.

Wichtig für die vorliegende Erfindung ist die an sich bekannte aber selten berücksichtigte Tatsache, daß die Emitter-Kolleklor-Spannung eines Transistors kleiner sein kann als seine Emitter-Basis-Spannung, ohne daß der Transistor gesättigt wird. Das heißt, es gibt einen Bereich, innerhalb dessen eine Verstärkerwirkung ähnlich derjenigen eines herkömmlich vorgespannten Transistors erhalten wird, obwohl die Emitter-Kollektor-Spannung des Transistors geringer ist als seine Emitter-Basis-Spannung. Dieser Bereich umfaßt Emitter-Kollektor-Spannungen, die etwa halb so groß sind wie der normale Bereich der Emitter-Basis-Spannungen pinps Transistors. Diese. Tatsarhp ist es. die es erlaubt, komplementäre Transistoren in Kollektor-Kollektor-Verbindung gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Weise zu betreiben, bei welcher die Basis des einen Transistors auf etwa das selbe Ruhepotential vorgespannt ist, wie der Emitter des anderen Transistors.

Durch die Gleichtakt-Rückkopplung werden die Basis-Emitter-Spannungen der Transistoren 131 und 132 auf Werten gehalten, die charakteristisch für einen Kollektorstrom sind, der etwa halb so groß wie der von der Stromquelle 123 gelieferte Strom ist. Diese an den Basis-Ernitter-Obergang des Transistors 133 gelegte Spannung bewirkt an diesem Transistor einen Kollektorstrom, der zu den Kollektorströmen der Transistoren 131 und 132 in im wesentlichen dem gleichen Verhältnis steht wie die effektive Basis-Emitter-Übergangsfläche des Transistors 133 zu derjenigen des Transistors 131 bzw. 132. Dieser vom Transistor 133 geforderte Kollektorstrom wird als kombinierter Emitterstrom der Transistoren 111 und 112 gezogen. (Diese Verbindung macht es leichter, die von den Stromquellen 127 und 128 gelieferten Ströme im wesentlichen gleich den Kollektorruheströmen der Transistoren 111 und 112 einzustellen. Diese Einstellung kann dann indirekt dadurch geschehen, daß man die Stromquellen 127 und 128 maßstäblich zur Stromquelle 123 einstellt.) Um die Stärke der kombinierten (das heißt der Summe der) Emitter-Ströme der Transistoren 111 und 112 einzustellen, kann die an den Emittern der Transistoren 111 und 112 erscheinende stabilisierte Spannung auch an einem Widerstand anstatt dem Transistor 133 angelegt werden.

Die F i g. 2 zeigt einen dem Verstärker 100 ähnlichen Vei stärker 200, in welchem die Dioden 109 und 110 durch in Durchlaßrichtung gespannte Sperrschichtoder Flächendioden 209 und 210 ersetzt sind. Um die Sättigung der Transistoren 131 und 132 zu verhindern, sind die Emitter-Potentiale der Transistoren 111 und 112 auf ein positiveres Niveau angehoben. Hierdurch sind auch die Potentiale an den Basen der Transistoren 111 und 112 und an den Anoden der Dioden 209 und 210 angehoben. Dies führt zu höheren Potentialen an den Kathoden der Dioden 209 und 210 (um die Offsetspannung von etwa 0,65 Volt gegenüber den jeweiligen Anodenpotentialen), wodurch die Potentiale an den Emittern der Transistoren 107 und 108 höher werden. Die Basen der Transistoren 107 und 108 sind entsprechend im Potential angehoben.

Das Anheben dieser Potentiale geschieht durch Einfügung eines ohmschen Spannungsteilers 240, der

aus einem Widerstand 241 zwischen dem Verbindungspunkt der Emitter der Transistoren 111 und 112 und dem Verbindungspunkt der Basis-Elektroden der Transistoren 131 und 132 sowie aus einem Widerstand 242 besteht. Der Widerstandswert der Elemente des Spannungsteilers wird niedrig im Vergleich zu den kombinierten Sasisimpedanzen der Transistoren 131 und 132 gewählt. Die Gleichtaktrückkopplungsschleife stabilisiert das vom Ausgang des Spannungsteilers an die Basis-Emitter-Übergänge der Transistoren 131 und 132 gelegte Potential auf einen solchen Wert, daß diese Transistoren als Kollektorströme die Kollektorströme der Transistoren 105 und 106 aufnehmen, wie es auch beim Verstärker nach F i g. I der Fall ist.

Die zusammengekoppelten Emitter der Transistoren 111 und 112 werden somit auf ein Potential stabilisiert, welches höher liegt als das etwa 0,65 Volt hohe Potential am Ausgang des Spannungsteilers, und zwar um einen Faktor, der gleich ist dem Kehrwert des Verhältnisses von seinem Ausgangspotential zu seinem Eingangspotential. Dieses Verhältnis beträgt bekanntlich A₂₄₂/

-. (W₂₄I + /?242), wobei /?₂₄i und /?₂₄₂ die Widerstandswerte der Widerstände 241 und 242 sind. Indem man Λ₂₄ι etwa halb so groß wie W₂₄₂ wählt, werden die Emitter der Transistoren Ul und 112 um etwa 1 Volt angehoben. Dies führt zu einer optimalen Vorspannung der

ι» Basiselektroden der Transistoren 107 und 108 auf etwa 0,3 Volt über (das heißt positiver als) Massepotential. Durch Änderung des Verhältnisses von /?₂₄| zu A₂₄₂ im Sinne einer Verstellung des Teilungsverhältnisses des Spannungsteilers 240 können die Potentiale nach oben

r. oder nach unten verschoben werden. Beim Verstärker 200 gelten für die Basispotentiale Vß\m und Vßioa der Transistoren 107 und 108 folgende Gleichungen:

^l/tiir ^: I
V

) ''"in f ¹I

«242

Hierbei sind V₂m und V₂io die Spannungsabfälle an den in Durchlaßrichtung gespannten Dioden 209 und 210.

Die Größe R₂4\ + R;m wird so gewählt, daß ein Spannungsabfall von 1 Volt an dieser Kombination nach dem Ohmschen Gesetz zu der gewünschten Höhe der kombinierten Emitterströme der Transistoren 111 und 112 führt.

Die Dioden 209 und 210 sind als einfache Sperrschichtdioden dargestellt, sie können jedoch in Wirklichkeit Transistoren in Diodenschaltung sein. Beispielsweise kann man hierzu jeweils einen NPN-Transistor nehmen, dessen Basis und Kollektor zusammengeschaltet die »Anode« bilden und dessen Emitter-Elektrode die »Kathode« darstellt.

Die Fig. 3 zeigt einen Verstärker 300, der ähnlich dem Verstärker 200 ausgebaut ist. Im Falle der F i g. 3 ist der Spannungsteiler 240 jedoch durch einen als Emitterfolger geschalteten Transistor 341 mit einem Emitterwiderstand 342 ersetzt. In diesem Fall stabilisiert die Gleichtakt-Rückkopplung das Potential an dem zusammengekoppelten Emittern der Transistoren 111 und 112 auf einen Wert, der gleich ist der Summe der Basis-Emitter-Offsetspannungen des Transistors 341 und eines der Transistoren 131 und 13Z Dies legt die Basis-Elektroden der Transistoren 111 und 112 auf Potentiale Vmw und Vbu2, die sich durch folgende Gleichungen definieren lassen:

Vs£341+ Vg£il1

Vsil2 =

Um das Basispotential Vsio7 des Transistors 107 auf etwa 0,5 Vbeui und das Basispotential Van» des Transistors 108 auf etwa 0,5 Vbem2 zu legen, muß an jedem der Widerstände 309 und 310 eine Spannung von etwa 1,5 V_flEoder 1 Volt abfallen, damit die Offsetspannungen Vfl£io7und VßEioeandenBasis-Emitter-Übergängen der Transistoren 107 und 108 höher werden. Diese Spannungsabfälle von 1,5 Vbe werden dadürc-H erzeugt, daß man Kollektorströme geeigneten Werts aus Transistoren 325 und 326 fließen läßt.

Die Fig.3 zeigt einen Weg, wie man dies erreichen kann. Ein Belastungswiderstand 351 wird dazu verwendet, die Dioden 353 und 352 in Durchlaßrichtung zu spannen, so daß an diesen Dioden eine Spannung von 2 Vfl/r abfällt. Durch die Emitterfolger-Wirkung des Transistors 325 wird an den Widerstand 355 eine Spannung von 1 Vbf. gelegt. In ähnlicher Weise wird durch Emitterfolger-Wirkung des Transistors 326 eine Spannung von 1 Vbe an den Widerstand 356 gelegt. Die Emitterströme der Transistoren 325 und 326 sind nach dem Ohmschen Gesetz gleich 1 Vbe/Rm und 1 Vbe/Rki» wobei /?355 und RiK die Widerstandswerte der Widerstände 355 und 356 sind. Die Kollekto"itröme der Transistoren α-mal so groß wie ihre Emitterströme. Für PNP-Lateraltransistoren in integrierter Schaltung kommt die Stromverstärkung in Basisschaltung «pnp dem Wert 1 nicht näher als etwa 0,9, und zwar wegen der parasitären Transistorwirkung auf das Substrat. Trotzdem läßt sich das Verhältnis der Kollektorströme zu den Emitterströmen genau vorhersagen. Indem man den Wert R_m des Widerstands 309 gleich 1,5 /?3₅₅/«pnp macht und indem man den Wert Riw des Widerstands 310 gleich 1,5 RixJoipup macht, wird an jedem der Widerstände Rm und /?3io ein Spannungsabfall von 1,5 Vs,. erzeugt. Eine Vergrößerung der Verhältnisweric Rm/Rik und R}\a/Rii6 führt zu einer Verminderung der Potentiale Veio/und Vb\os an den Basen der Transistoren 107 und 108. Macht man die besagten Verhältniswerte kleiner, dann erhöht sich V_fll07und Veios-

Der Widerstand 309 kann alternativ auch durch eine in Durchlaßrichtung gespannte Diode ersetzt werden, die in Reihe mit einem Widerstand vom Wert 0,5 Ä355/1XPNP geschaltet ist. An dieser Diode fällt eine Offsetspannung von 1 V3E ab, und am Widerstand fällt eine Spannung von 0,5 Vbe ab. In ähnlicher Weise kann auch der Widerstand 310 durch eine in Durchiaßrichtung gespannte Diode ersetzt werden, die in Reihe mit einem Widerstand vom Wert 0,5 /?356/<*pnp geschaltet ist. Ein Vorteil der in F i g. 3 gezeigten Schaltung und der

besagten alternativen Ausführungsform besteht darin, daß die kombinierten Emitterströme der Transistoren 111 und 112 durch eine als Konstantstromquelle ausgebildete Stromquelle 345 anstatt durch einen Widerstand bestimmt werden können.

Bei einer anderen Alternative zu der in F i g. 3 gezeigten Schaltung sind die zusammengekoppelten Emitter der Transistoren IH und 112 wie im Falle der Fig. 1 direkt mit den Basen der Transistoren 131 und 132 verbunden, während die Widerstände 309 und 310 so bemessen sind, daß an jedem von ihnen eine Spannung von 0,5 Vefabfällt.

Die F i g. 4 zeigt eine Abwandlung der Schaltung nach F i g. 2, die dann nützlich ist, wenn die zur Verstärkung gelangenden Signale an den Basen der Transistoren 111 und 112 einen höheren Spitze-Spitze-Wert als 0,1 oder 0,2 Volt haben. Im Falle der F i g. 4 ist der Widerstand 241 aus Fig.2 durch zwei Widerstände 441a und 441b ersetzt, die den doppelten Widerstandswert des Widerstands ?Aί haben. Die Widerstände 44ia und 44\b wirken als Emittergegenkopplungswiderstände für die Transistoren 111 und 112. Ein die Emitter der Transistoren 111 und 112 verbindender Widerstand kann dazu verwendet werden, das Maß der Emittergegenkopplung zu vermindern, oder das durch diesen zusätzlichen Widerstand und die Widerstände 441a und 4416 gebildete ττ-Glied kann durch ein equivalentes T-Glied ersetzt werden.

Die F i g. 5 zeigt, wie man den Summierungspunkt für die Gleichtakt-Rückkopplung an eine Stelle vor den zusammengekoppelten Emitterelektroden der Transistoren 111 und 112 verlegen kann. Die Widerstände 509 und 510 sind so bemessen, daß sie die Hälfte des Widerstandswerts des Widerstands 556 haben, so daß an ihnen eine Spannung von etwa 0,5 Vbe abfällt. Die Gleichtaktrückkopplung hält an den Basis-Emitter-Übergängen der Transistoren 131 und 132 die Spannung 1 Veh aufrecht. Der Spannungsabfall von 1 V«/ am Basis-Emitter-Obergang des Transistors 341 addiert sich mit dieser Spannung, um den Verbindungspunkt der Widerstände 509 und 510 auf ein Potential 2 Vbe zu legen. Der Spannungsabfall von 0,5 Vbe an den Widerständen 509 und 510 bewirkt, daß die Ruhepotentiale an den Emittern der Transistoren 107 und 108 und an den Basen der Transistoren 111 und 112 auf 1,5 V_BE liegen. Infolge der Offsetspannungen an den Basis-Emitter-Übergängen der Transistoren 107 und 108 liegen dann die Basen dieser Transistoren auf 0,5 Vbe Ruhepotentiale. Da die Transistoren 111 und 112 nicht in der Gleichtakt-Rückkopplungsschleife liegen, kann der eine oder der andere von ihnen entbehrt werden, wenn nur ein Eintakt-Ausgangssignal gefordert wird.

Die in den Zeichnungen dargestellten verschiedenen Ausführungsbeispiele der Erfindung haben gewisse Merkmale gemeinsam. Die emittergekoppelten Transistoren 105 und 106 des Eingangs-Differei:zvcrstärkers sind mit ihren Kollektoren an die Kollektoren der emittergekoppelten Transistoren 131 und 132 angeschlossen, die vom komplementären Leitungstyp sind und deren Emitter mit einem Bezugspotential verbunden sind. Es findet eine Potentialübersetzung von jeder Kollektor-Kollektor-Verbindung auf ein Potential statt, welches einen ausreichenden Abstand vom Bezugspotential hat, um diese Verbindung an eine nachfolgende Verstärkerstufe anschließen zu können. Hierauf erfolgt eine weitere Potentialübersetzung in der entgegengesetzten Richtung auf die Basen der Transistoren 131 und 132. Hierdurch werden zwei Gegenkopplungsschleifen geschlossen, die an einen solchen Punkt im Potentialübersetzungsnetzwerk angeschlossen sind, daß sie nur für Gleichtaktsignale wirksam werden. Die Gegenkopplung hält an den Transistoren 131 und 132 des komplementären Leitungstyps eine Offsetspannung Vbe aufrecht, so daß diese Transistoren Kolleklorströue führen, die gleich sind den Kollektorströmen der mit ihnen Kollektor an Kollektor verbundenen Transistoren 105 und 106 des Eingangs-Differenz-Verstärkers. Die hinter den Kollektor-Kollektor-Verbindungen erfolgenden Potentialübersetzungen oder -verschiebungen in Richtung fort vom Bezugspotential sind um wenige zehntel Volt größer als die Potentialverschiebungen in Richtung zurück zum Bezugspotential für den Anschluß an die Basen der Transistoren 131 und 132. Dies bringt die Kollektoren der Transistoren 131 und 132 gegenüber ihren Emittern auf eine Ruhespannung, die gerade etwas größer als die Sättigungsspannung ist.

Hierdurch können die Transistoren des Eingangs-Differenz-Verstärkers auf Basisspannungen gelegt werden, die gegenüber der Bezugsspannung nicht nur positiv, sondern innerhalb eines begrenzten Bereichs auch negativ sein können. Hierzu benötigt man keine spannungsübertragenden Elemente wie zum Beispiel Transistoren in Kollektorschaltung (Emitterfolger), um die auf Masse bezogenen Eingangsklemmen Ϊ01 und 102 mit den Basen der emittergekoppelten Differenzverstärkertrarisistoren 105 und 106 zu verbinden. Man vermeidet somit das Rauschen und eingangsseitige Offsetspannungsfehler, die solche Elemente mit sich bringen.

llicr/u 5 Watt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Transistorverstärker mit einer ersten und einer zweiten Eingangsklemme, einem ersten und einem zweiten Transistor eines ersten Leitungstyps, die als emittergekoppelter Differenzverstärker geschaltet sind und deren Basen mit der ersten bzw. der zweiten Eingangsklemme verbunden sind, ferner mit einem dritten und einem vierten Transistor eines in gegenüber den ersten beiden Transistoren entgegengesetzten Leitungstyps, die mit dem ersten und dem zweiten Transistor ohne wesentliche dazwischenliegende Impedanz in Kollektor-Kollektor-Verbindung stehen und deren Basen miteinander π verbunden sind und deren Emitter ohne wesentliche dazwischenliegende Impedanz mit einem Bezugspotential in Verbindung stehen, sowie mit einer Rückkopplungsschaltung, weiche die Potentiale an den Kollektor-Kollektor-Verbindungen zwischen dem ersitin und dritten Transistor und dem zweiten und vierten Transistor kombiniert, um ein Rückkopplungssignal an die Basis-Basis-Verbindung zwischen dem dritten und vierten Transistor zu legen, dadurch gekennzeichnet, daß die 2T Rückkopplungsschaltung (107, 109, 108, 110, 111, 112, 133 oder 107, 209, 108, 210, Ul, 112, 240 oder 107, 108, 509, 510, 541 oder 107, 309, 108, 310, 111, 112, 341 oder 107, 209, 108, 210, 111, 112, 440) Pegelverschiebungsstufen aufweist, welche das an so der Kollektor-Kollektor-Verbindung zwischen dem ersten und dritten Transistor (105,131) erscheinende Potential um einen Betrag V weiter vom Bezugspotential (Masse) fortverschieben und es dann um den Betrag V minus einem Betrag, der im wesentlichen r> halb so groß ist wie die Bas. J-Emitter-Offsetspannung des dritten Transistors, wieder zurück in Richtung des Bezugspotentials verschieben, und welche das an der Kollektor-Kollektor-Verbindung zwischen dem zweiten und vierten Transistor (106, 132) erscheinende Potential um einen Betrag V weiter vom Bezugspotential (Masse) fortverschieben und es dann um den Betrag V minus, einem Betrag, der im wesentlichen halb so groß ist wie die Basis-Emitter-Offsetspannung des vierten Transi- v, stors, wieder zurück in Richtung des Bezugspotentials verschieben, so daß die Ruhevorspannung an der Kollektor-Kollektor-Verbindung zwischen dem ersten und dritten Transistor bzw. zwischen dem zweiten und vierten Transistor gegenüber dem -,0 Bezugspotential etwa halb so hoch ist wie die Basis-Emitter-Offsetspannung des dritten bzw. des vierten Transistors und somit die Eingangsklemmen über einen das Bezugspotential mitumfassenden Potentialbereich bewegt werden können, ohne den ->-> Betrieb des Transistorverstärkers zu stören.

2. Transistorverstärker nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

einen fünften und einen sechsten Transistor (107, 108) des ersten Leitungstyps, deren jeder als wi Emitterfolger geschaltet ist und deren Basen mit den Kollektoren des dritten bzw. vierten Transistors verbunden sind;

einen siebten und einen achten Transistor (111,112) des zweiten Leitungstyps, die als emittergekoppelter h~> Differentialverstärker geschaltet sind und deren Emitter im wesentlichen direkt mit der Basis-Basis-Verbindung des dritten und vierten Transistors (131,

132) verbunden sind;

eine erste und eine zweite Schottky-Diode (109,110), deren erste zwischen dem Emitter des fünften Transistors und der Basis des siebten Transistors liegt, um mindestens einen Teil des Emitterstroms des fünften Transistors in Durchlaßrichtung zu leiten, und deren zweite zwischen dem Emitter des sechsten Transistors und der Basis des achten Transistors liegt, um mindestens einen Teil des Emitterstroms des sechsten Transistors in Durchlaßrichtung zu leiten.

3.Transistorverstärker nach Anspruch !,gekennzeichnet durch

einen Spannungsteiler (240), an dessen Ausgangskreis ²h der seinem Eingangskreis angelegten Spannung erscheint und dessen Ausgangskreis zwischen die Basis-Basis-Verbindung des dritten und des vierten Transistors (131,132) und das Bezugspotential (Masse) geschaltet ist;

einen fünften und einen sechsten Transistor (107, 108) des ersten Leitungstyps, deren jeder als Emitterfolger geschaltet ist und deren Basen mit den Kollektoren des dritten und vierten Transistors verbunden sind;

einen siebten und einen achten Transistor (111,112) des zweiten Leitungstyps, die als emittergekoppelter Differentialverstärker geschaltet sind und deren Emitter über den Eingangskreis des Spannungsteilers mit dem Bezugspotential verbunden sind;
eine erste und eine zweite Flächendiode (209, 210) deren erste zwischen dem Emitter des fünften Transistors und der Basis des siebten Transistors liegt, um mindestens einen Teil des Emitterstroms des fünften Transistors in Durchlaßrichtung zu leiten, und deren zweite zwischen dem Emitter des sechsten Transistors und der Basis des achten Transistors liegt, um mindestens einen Teil des Emitterstroms des sechsten Transistors in Durchlaßrichtung zu leiten.

4. Transistorverstärker nacf" Anspruch 1, gekennzeichnet durch

einen fünften und einen sechsten Transistor (107, 108) des ersten Leitungstyps, deren jeder als Emitterfolger geschaltet ist und deren Basen mit den Kollektoren des dritten und vierten Transistors (131, 132) verbunden sind;

einen siebten, einen achten und einen neunten Transistor (111,112, 341) des zweiten Leitungstyps, wobei der siebte und der achte Transistor einen emittergekoppelten Differentialverstärker bilden und der neunte Transistor als Emitterfolger geschaltet ist und mit seiner Basis an die Emitter des siebten und des achten Transistors angeschlossen ist und mit seinem Emitter an die Basis-Basis-Verbindung des dritten und vierten Transistors angeschlossen ist;
ein erstes ohmsches Element (309), welches zwischen den Emitter des fünften Transistors und die Basis des siebten Transistors geschaltet ist, um mindestens einen Teil des Emitterstroms des fünften Transistors zu leiten, und welches so bemessen ist, daß dieser Teil des Emitterstroms des fünften Transistors an diesem Element einen Spannungsabfall von im wesentlichen der Hälfte der Basis-Emitter-Offsetspannungen der Transistoren hervorruft;
ein zweites ohmsches Element (310), welches zwischen den Emitter des sechsten Transistors und die Basis des achten Transistors geschaltet ist, um mindestens einen Teil des Emitterstroms des

sechsten Transistors zu leiten, und welches so bemessen ist, daß dieser Teil des Emitterstroms des sechsten Transistors an diesem Element einen Spannungsabfall von im wesentlichen gleich der Hälfte der Basis-Emitter-Offsetspannungen der Transistoren hervorruft

5. Transistorverstärker nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

ein erstes ohmsches Eltment (242), welches zwischen das Bezugspotential (Masse) und die Basis-Basis-Verbindung des dritten und des vierten Transistors (!31,132} geschaltet ist;

ein zweites und ein drittes ohmsches Element (441a, 441Z)Jl deren jedes mit seinem ersten Ende an die Basis-Basis-Verbindung des dritten bzw. des vierten Transistors angeschlossen ist und zwischen seinem ersten und seinem zweiten Ende einen Widerstandswert darstellt, der im wesentlichen gleich dem Widerstandswert des ersten ohmschen Elements ist; einen fünften und einen sechsten Transistor (107, 108) des ersten Leitungstyps, deren jeder als Emitterfolger geschaltet ist und deren Basen mit den Kollektoren des dritten und vierten Transistors verbunden sind;

einen siebten und einen achten Transistor (111,112) des zweiten !Leitungstyps, deren Emitter mit den zweiten Enden des zweiten bzw. dritten ohmschen Elements verbunden sind und deren Kollektoren an einem Betriebspotential liegen;
eine erste und eine zweite Flächendiode (209, 210), deren erste zwischen den Emitter des fünften Transistors und die Basis des siebten Transistors geschaltet ist, um mindestens einen Teil des Emitterstroms des fünften Transistors in Durchlaßrichtung zu leiten, und deren zweite zwischen den Emitter des sechsten Transistors und die Basis des achten Transistors geschaltet ist, um mindestens einen Teil des Emitterstroms des sechsten Transistors in Durchlaßrichtung zu leiten.

6. Transistorverstärker nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

einen fünften und einen sechsten Transistor (107, 108) des ersten Leitungstyps, deren jeder als Emitterfolger geschaltet ist und deren Basen mit den Kollektoren des dritten bzw. vierten Transistors verbunden sind;

einen siebten Transistor (341) des zweiten Leitungstyps, der als Emitterfolger geschaltet ist und dessen Emitter an die Basis-Basis-Verbindung des dritten und vierten Transistors (131,132) angeschlossen ist; ein erstes ohmsches Element (509), welches zwischen den Emitter des fünften Transistors und die Basis des siebten Transistors geschaltet ist, um mindestens einen Teil des Emitterstroms des fünften Transistors zu leiten, und welches so bemessen ist, daß dieser Teil des Emitterstroms des fünften Transistors an ihm einen Spannungsabfall von im wesentlichen der Hälfte der iBasis-Emitter-Offsetspannungen der Transistoren hervorruft;

ein zweites ohmsches Element (SlO), welches zwischen den Emitter des sechsten Transistors und die Basis des siebten Transistors geschaltet ist, um mindestens einen Teil des Emitterstroms des sechsten Transistors zu leiten und welches so bemessen ist, daß dieser Teil des Emitterstroms des sechsten Transistors an ihm einen Spannungsabfall von im wesentlichen gleich der Hälfte der Basis-Emitter-Offsetspan Hangen der Transistoren hervorruft.

7. Transistorverstärker nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen achten und einen neunten Transistor (111, 112) des zweiten Leitungstyps, die als emittergekoppelter Differentialverstärker geschaltet sind, wobei die Basis des achten Transistors mit dem Emitter des fünften Transistors und die Basis des neunten Transistors mit dem Emitter des sechsten Transistors verbunden ist.

8. Transistorverstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Eingangsklemme (101,102) auf ein Ruhepotential vorgespannt sind, welches das Bezugspotential ist.