DE2950824A1 - Breitbandoperationsverstaerker - Google Patents

Description

• Breitbandoperationsverstärker
• Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem Operationsverstärker nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist bereits ein Breitbandoperationsverstärker bekannt, bei welchem ein Differenzverstärker aus Feldeffekttransistoren als Eingangsstufe dient (Markt und Technik Nr. 33, August 1979, S. 5 - 8, insbesondere Bild 3 auf S. 6).
• Dieser Verstärker hat jedoch den Nachteil, daß sich die Kapazitäten zwischen der Senken- und der Steuerelektrode der Feldeffekttransistoren verstärkt störend bemerkbar machen und daß ferner ein mehrstufiger Vt:rstärker eine größere Signallaufzeit aufweist, was für Breitbandoperationsverstärker wegen der externen bopplung zwischen Aus- und Eingang zu Instabilitäten führen kann.
• Außer der Vermeidung dieser Nachteile sind folgende Forderungen an einen insbesondere für Videosignale vorgesehenen Breitbandoperationsverstärker zu stellen: Geringe Signallaufzeit, geringer differentieller Phasenfehler, gute Linearität, Verstärkung bei geschlossenem Betrieb ca. 1 - 20-fach, Breitbandigkeit, hoher Eingangs- und niedriger Ausgangs-Innenwiderstand. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen diese Forderungen erfüllenden Breitbandoperationsverstärker anzugehen, welcher möglichst kostengünstig in integrierter Form zu realisieren ist.
• Vorteile der Erfindung Der erfindungsgemäße Breitbandoperationsverstärker mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß er in einfacher Weise die o. g.
• Forderungen erfüllt, wobei nur wenige diskrete Elemente zum Betrieb der Schaltung als Verstärker erforderlich sind.
• Durch die im Anspruch 2 angeführte Maßnahme ist es möglich, den Frequenzgang des Verstärkers in äußerst einfacher Weise an die äußere Beschaltung anzupassen.
• Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung anhand einer Figur dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
• Beschreibung der Erfindung Die beiden Transistoren 1 und 2 stellen einen Differenzverstärker dar. Die Summe der Emitterströme wird diesen Transistoren über Transistor 3 zugeführt, welcher zusammen mit dem Transistor 4 als sogenannte Stromspiegelschaltung betrieben wird. Der Strom durch den Transistor 3 kann mit Hilfe des Widerstandes 5 eingestellt werden. An die Basen der Transistoren 1 und 2 sind zwei als Impedanzwandler geschaltete Feldeffekttransistoren 6 und 7 angeschlossen, deren Arbeitswiderstände 8 und 9 mit dem negativen Pol der Betriebsspannungsquelle verbunden sind. Die Transistoren 10 und 11 sind ebenfalls als Stromspiegelschaltung geschaltet.
• Die miteinander verbundenen Sollektoren der Transistoren 2 und 11 dienen als Ausgang des Differenzverstärkers.
• Werden nun den Steuerelektroden 12,13 der Feldeffekttransistoren 6 und 7 Spannungen gleicher Polarität zugeführt, so hätte dieses eine gleichsinnige Stromänderung in den Transistoren 1 und 2 zur Folge, was jedoch dadurch verhindert wird, daß der Transistor 3 eine äußerst hochohmige Konstantstromquelle darstellt. Deshalb wird sich bei gleichsinnigen Änderungen der Singangsapannungen bei 12 und 13 der Strom durch die Transistoren 1 und 2 praktisch nicht ändern. Dieses bedeutet, daß der Verstärker eine hohe Gleichtaktunterdrük kung hat.
• Bei gegensinnigen Ansteuerungen an den Punkten 12 und 13 wird die Verteilung der Ströme durch die Transistor ren 1 und 2 geändert, so daß sich an Arbeitswiderstanden dieser Transistoren verstärkte Spannungen abnehmen lassen. Um eine möglichst hohe Verstärkung zu erzielen, ist es erforderlich, einen großen Arbeitswiderstand vorzusehen. Dieser wird in vorteilhafter Weise vom Transistor 11 gebildet, wobei gleichzeitig dieser Transistor 11 Teil einer Stromspiegelschaltung, zu der ferner der Transistor 10 gehört, ist. Mit dieser Stromspiegelschaltung wird erreicht, daß der Strom durch den Transistor 11 demjenigen durch Transistor 10 entspricht. Dieses führt zu einer Verbesserung der Symmetrie zwischen den beiden Zweigen des Differenzverstärkers. Außerdem wird dadurch eine äußerst einfache Einstellung des Phasen- bzw. Frequenzganges ermöglicht, wie sie später beschrieben wird. Zunächst sei jedoch darauf hingewiesen, daß wegen der geringen zulässigen Laufzeit bei einem Operationsverstärker für hohe Frequenzen die Gesamtverstärkung möglichst, wie hier bei dem Ausführungsbeispiel gezeigt, in einer Stufe erfolgen sollte. Vom Kollektor des Transistors 2 gelangt das verstärkte Signal zu einer Ausgangsstufe, welche im wesentlichen einen Impedanzwandler darstellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht der Impedanzwandler aus zwei hintereinandergeschalteten Emitterfolgern, nämlich den Transistoren 14 und 15. Um einen Gleichspannungsversatz zu erzielen, der es ermöglicht, daß einerseits die Kollektoren der Transistoren 2 und 11 auf etwa der Hälfte der positiven Betriebs spannung liegen, während die Ruheausgangsspannung möglichst bei O V liegt, ist zwischen dem Emitter des Transistors 14 und der Basis des Transistors 15 ein wie eine Spannungsquelle wirkender Transistor 16 geschaltet, dessen Basis über je einen Widerstand 17,18 mit dem Emitter und dem Kollektor verbunden ist. Als Arbeitswiderstund für den Transistor 15 dient zwar signalmäßig die an den Operationsverstärkerausgang 26 anzuschließende Last 19, es ist jedoch erforderlich, unabhängig von dieser Last, den Transistor 15 einen Emitterstrom zuzuführen, was über den Transistor 20 geschieht, der ähnlich wie Transitor 3 zusammen mit dem Transistor 21 als Stromspiegeischaltung ausgebildet ist, so daß mit Hilfe des Widerstandes 22 der Emitterstrom des Transistors 15 einstellbar ist. Die Transistoren 14 und 15 werden über ein Siebglied aus dem Widerstand 27 und dem Kondensator 28 mit Spannung versorgt. Um zu verhindern, daß bei geringer Belastung am Ausgang 26 der Strom durch den Transistor 14 im Hinblick auf ein gutes Frequenzverhalten zu zeine Werte annimmt, ist der Basis 29 Emitter-Strecke des Transistors 15 ein Widerstand parallelgeschaltet.
• Bei Breitbandverstärkern, insbesondere bei Videooperationsverstärkern, ist häufig die Einstellung.des Phasenverlaufes wichtig. Als geeignete Methode hat sich im allgemeinen die Variation eines Abgleichkondensators 23 bewährt, welcher zwischen dem Kollektor dese Transistors 2 und der Steuerelektrode des Feldeffekttransistors 7 angeordnet ist. Es konnte jedoch herausgefunden werden, daß dieser Kondensator in den meisten Anwendungen entfallen kann, wobei dann die Phasen- bzw.
• Frequenzgangeinstellung über den Strom durch den Transistor 3 erfolgen kann, denn das Frequenzverhalten und die Leerlaufverstärkung der Transistoren ist in starkem Maße von deren Emitterkollektorstrom abhängig. Da jedoch im Ruhezustand durch jeden der Transistoren 1 und 2 die Hälfte des Stromes durch die Transistoren 3 fließen soll, wäre ein Abgleich des Frequenzganges mit Hilfe einer Variation des Stromes durch den Transistor 3 nicht möglich, ohne auch den Strom durch den Transistor 11 abzugleichen bzw. auf die Hälfte des Stromes durch den Transistor 3 einzustellen. Dieses wird in äußerst einfacher Weise automatisch durch die Verwendung des Transistors 10 erreicht, so daß zur Einstellung des Phason- bzw. Frequenzganges lediglich der Widerstand 5 erforderlich ist.

Claims (2)

1. Ansprüche 1. Breitbandoperationsverstärker, dadurch gekennzeichnet, daß einem ersten (1) und einem zweiten (2) untereinander emittergekoppeltenTransistor je ein Feldeffekttransistor (6,7) als Impedanzwandler vorgeschaltet ist, daß die Emitter der '2ransistoren (1,2) über die Kollektor-Emitter-Strecke eines dritten Transistors (3) mit dem einen Pol (25) der Betriebsspannungsquelle verbunden sind, daß zwischen den Kollektoren des ersten und des zweiten Transistors (1,2) und dem anderen Pol (25) der Betriebsspannungsquellp je ein weiterer Transistor (10,11) angeordnet ist, deren Basen miteinander verbunden sind und daß der Kollektor desjenigen weiteren Transistors (10), der mit dem ersten Transistor (1) verbunden ist, mit den Basen verbunden ist und die beiden Emitter der weiteren Transistoren (10,11) an den anderen Pol (25) der Betriebsspannungsquelle angeschlossen sind und daß der Kollektor des zweiten Transistors (2) mit dem Singang einer Ausgangsstufe (14,15) verbunden ist.
2. 2. Breitbandoperationsverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des dritten Transistors (3) mit der Basis eines sechsten Transistors (4) verbunden ist, dessen Emitter ebenfalls mit dem einen Pol (24) der Spannungsquelle verbunden ist und dessen Kollektor über einen Widerstand (5) an den anderen Pol (25) der Betriebsspannungsquelle angeschlossen ist.