NL8105536A - Balanskompensatie bij enkelzijdig aangestuurde verschilversterkers. - Google Patents

Description

« < EHN 10.209 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Ealanskcmpensatie bij enkelzijdig aangestuurde verschilversterkers.

De uitvinding heeft betrekking qp een verschilversterker, cxnvattende, een eerste en een tweede ingang, waarbij aan de eerste ingang een ingangssignaal kan worden toegevoerd en de tweede ingang is 5 gekoppeld met een eerste punt van konstante potentiaal, een eerste en een tweede uitgang voor het leveren van twee tegenfasige, van het ingangssignaal afhankelijke, uitgangssignalen, een eerste en een tweede transistor, waarvan een stuur-elektrode is gekoppeld met de eerste respektievelijk tweede ingang, 10 een eerste hoofdelektrode is gekoppeld met de eerste respektievelijk tweede uitgang, en een tweede hoofdelektrode, elk eventueel via een impedantie, is gekoppeld met een gemeenschappelijk punt, en een als stroombron geschakelde derde transistor, met een eerste hoofdelektrode gekoppeld aan het gemeenschappelijke punt, 15 en een tweede hoofdelektrode gekoppeld aan een tweede punt van konstante potentiaal. Een dergelijke verschilversterker is bekend uit het Duits Offenlegungsschrift nr. 29.46.952.

De in de aanhef genoemde verschilversterker is een enkelzijdig aangestuurde verschiltrap. In het ideale geval is op het 20 gemeenschappelijke punt de halve amplitude van het ingangssignaal aanwezig. De uitgangssignalen aan de eerste en de tweede uitgang zijn dan gelijk van amplitude en tegengesteld van fase. In de praktijk blijkt dit echter niet zo te zijn. Er blijkt een asymmetrie in de twee uitgangssignalen aanwezig te zijn, die tot gevolg heeft dat 25 de hogere frèkwenties niet goed versterkt worden. De uitvinding heeft nu, net als in het bovengenoemde Offenlegungsschrift, ten doel cm deze verzwakking bij hogere frèkwenties tegen te gaan. Verder wordt dit doel door middel van de maatregel volgens de uitvinding qp een eenvoudiger wijze gerealiseerd dan door de maatregel volgens 30 de bekende methode, hetgeen eveneens resulteert in een simpeler schakeling. De verschilversterker volgens de uitvinding heeft daartoe het kenmerk, dat tussen de stuureléktrode van de eerste transistor en het gemeenschappelijke punt een balanceer impedantie is aangébracht 8105536 PHN 10.209 2

V

die althans een kapaciteit bevat. De genoemde kapaciteit heeft een kapaciteitswaarde ten minste ten naaste bij overeenkomende met de grootte van de parasitaire kapaciteit tussen de eerste hoofdelektrode van de derde transistor en het tweede punt van konstante potentiaal.

5 En, indien tussen het gemeenschappelijke punt en de eerste hoofdelektrode van de derde transistor een impedantie is opgenomen, bevat de balanceer impedantie een met genoemde impedantie overeenkomende impedantie in serie met de kapaciteit.

De uitvinding is gebaseerd op het inzicht dat de asymmetrie 10. in de verschilversterker het gevolg is van een asymmetrie van de, in de verschilversterker aanwezige, parasitaire kapaciteiten. Dat zijn in het bijzonder de parasitaire kapaciteit tussen de stuurelektrode en de tweede hoofdëlèktrode van de eerste en de tweede transistor (de basis-emitter kapaciteiten) en de parasitaire kapaciteit tussen de eerste 15 hoofdelektrode van de derde transistor en het tweede punt van konstante potentiaal, zijnde aarde (de kollektor-substraat kapaciteit en de kollektor-basis kapaciteit).

In het volgende nemen we voorlopig even aan dat er geen extra impedanties aanwezig zijn tussen de tweede hoofdelektrodes 20 (emitters) van de eerste en de tweede transistor en het gemeenschappelijke punt en tussen het gemeenschappelijke punt en de eerste hoofdelektrode (kolléktor) van de derde transistor. Verder praten we voor het gemak over basis, kolléktor en emitter als we het hebben over· respektievelijk de stuurelektrode, de eerste hoofdelektrode en de 25 tweede hoofdelektrode van een transistor.

Ten opzichte van het gemeenschappelijke punt ontstaat nu de volgende asymmetrie: enerzijds een parallelschakeling van de parasitaire kapaciteit tussen basis en emitter van de tweede transistor en de parasitaire kapaciteit overeenkomende met de kolléktor-30 substraat kapaciteit en de kollektor-basis kapaciteit van de derde transistor, welke parallelschakeling zich bevindt tussen het gemeenschappelijke punt en (uiteindelijk) aarde, anderzijds een parasitaire kapaciteit tussen de, basis en. de emitter van de eerste transistor, die zich dus bevindt tussen de ingang van de verschilversterker en 35 het gemeenschappelijke punt. Door deze asymmetrie verdeelt het ingangssignaal zich nu niet meer zodanig dat het gemeenschappelijk punt op de halve signaalspanning ligt. Om nu de symmetrie in de verschilversterker te herstellen plaatst men een balanceer iirpedantie 8105536 -ί PHN 10.209 3 ±n de vorm van een kondensator parallel aan de basis-emitterovergang van de eerste transistor, waarbij men de grootte van de kapaciteit van de kondensator gelijk neemt aan de grootte van de kapaciteit overeenkomende met de parasitaire kollektor-substraat kapaciteit en de 5 kollektor-basis kapaciteit van de derde transistor. Hierdoor is de kapacitieve symmetrie in de verschilversterker ten opzichte van het gemeenschappelijke punt weer hersteld.

Indien twee impedanties zijn geschakeld tussen de emitter van de eerste transistor en het gemeenschappelijke punt respektievelijk 10 tussen de emitter van de tweede kondensator en het gemeenschappelijke punt, welke impedanties in het algemeen even groot zullen zijn, beïnvloedt dit de symnetrie ten opzichte van het gemeenschappelijke punt niet. Wel zal men in dit geval de genoemde balanceerkondensator tussen de basis , van de eerste transistor en het gemeenschappelijke 15 punt (dus niet de emitter van de eerste transistor) dienen te plaatsen.

Verder bestaat de mogelijkheid dat tussen het gemeenschappelijke punt ei de kolléktor van de derde transistor nog een impedantie is cpgenomen.

In dat geval dient men tussen de basis van de eerste transistor en het gemeenschappelijke punt een balanceer impedantie op te nemen, waarvan 20 de grootte overeenkomt met de impedantiewaarde van de serieschakeling van genoemde impedantie tussen het gemeenschappelijke punt en de kolléktor van de derde transistor en de totale parasitaire kapaciteit van de derde transistor tussen kolléktor en (uiteindelijk) aarde.

In de figuurbeschrijving toont: 25 figuur 1 een eerste uitvoeringsvoorbeeld, figuur 2 een tweede uitvoeringsvoorbeeld van de verschilversterker volgens de uitvinding.

Het uitvoeringsvoorbeeld van de verschilversterker volgens figuur 1 bevat een eerste en een tweede ingang 1 respektievelijk 2, 30 waarbij aan de eerste ingang 1 een ingangssignaal kan worden toegevoerd en de tweede ingang 2, is gekoppeld aan een eerste punt van konstante potentiaal (bijvoorbeeld aarde). De verschilversterker is opgebouwd uit een eerste en een tweede transistor 3 respektievelijk 4, waarvan de basis, eventueel via een later nog te bespreken impedantie 35 (voor transistor 4 de impedantie 16), is gekoppeld met de eerste respektievelijk tsreede ingang 1 respektievelijk 2, de kolléktor is gekoppeld aan een eerste en een tweede uitgang 5 respektievelijk 6, en de emitters zijn rechtstreeks, of via een impedantie 7 respektievelijk 8105333 EHN 10.209 4 8 (zie figuur 1), die in het algemeen een gelijke impedantiewaarde bezitten, gekoppeld aan een gemeenschappelijk punt 9. Het gemeenschappelijk punt 9 is, via een stroombron in de vorm van een derde transistor 10, en eventueel via een impedantie, gekoppeld aan een tweede punt van 5 konstante potentiaal 12, zijnde de negatieve voedingsspanning (bijvoorbeeld aarde). De basis van transistor 10 is gekoppeld met een aansluitpunt 11, waaraan een referentiespanning kan worden toegevoerd. Deze referentiespanning bepaalt de grootte van de stroomsterkte van de stroombron. De eerste en de tweede uitgang leveren twee tegenfasige to van het ingangssignaal afhankelijke uitgangssignalen. Wil men, in plaats.daarvan, één enkel uitgangssignaal hebben, dan is dat met bekende cmzeteenheden, waarvan er één als voorbeeld in de figuren is weergegeven - zie het referentienunmer 13, mogelijk. Het uitgangssignaal kan dan van klem 14 warden af genomen.

15 De omzeteenheid 13 wordt verder niet besproken, daar deze op zich bekend is en geen deel uitmaakt van de uitvinding.

Het enige dat ten aanzien van de omzeteenheid op te merken valt, is, dat de impedanties 15 (Z^) en 16 (Z^) tussen de kien 14 en de basis van transistor 4 respektievelijk tussen de basis van transistor 20 4 en de tweede ingang 2 de versterkingsfaktor van de verschilversterker bepalen, zijnde de verhouding van de amplitude aan klem 14 tot die van het ingangssignaal aan ingang 1, welke versterkingsfaktor z gelijk is aan 1+ 1/^2· Bij voorkeur zal men, ter verkrijging van een goede balans, tussen de ingang 1 en de basis van transistor 3 een 25 impedantie opnemen, waarvan de impedantiewaarde overeenkomt met de impedantiewaarde van de parallelschakeling van de impedanties en Z2· Het ingangssignaal wordt dus aangeboden aan de niet-inverterende ingang van de verschilversterker, terwijl de inverterende ingang 2 qua niveau vast ligt. Hierdoor ontstaat een enkelzijdig aangestuurde 30 verschiltrap, waarbij in het ideale geval op het gemeenschappenjke punt 9 de halve amplitude van het ingangssignaal aanwezig is. De uit' gangssignalen aan de eerste en de tweede uitgang 5 respektievelijk 6 zijn dan gelijk van amplitude, doch tegengesteld van fase.

In de praktijk blijkt dit echter niet zo te zijn. Er blijkt 35 een asymmetrie in de twee uitgangssignalen aanwezig te zijn. Deze asymmetrie nu is het gevolg van een asymmetrie van de diverse parasitaire kapaciteiten in de verschilversterker. Deze parasitaire kapaciteiten zijn aangegeven met referentienummers 17, 18 en 19 en 8105538 PHN 10.209 5 geven de respektievelijke parasitaire kapaciteit van de basis-emitter-overgang van transistor 3, de basis-emitterovergang van transistor 4 en de totale parasitaire kapaciteit van transistor 10 tussen kolléktor en aarde, en gezien vanuit zijn kolléktor, weer. Deze laatstgenoemde para-5 sitaire kapaciteit is opgebouwd uit de parasitaire kapaciteit van de kollektor-substraatovergang en de parasitaire kapaciteit van de kollektor-basisovergang van transistor 10. Men kan stellen dat in het algemeen deze twee parasitaire kapaciteiten parallel aan elkaar staan tussen de kolléktor van transistor 10 en aarde.

10 Ten opzichte van het gemeenschappelijke punt 9 ontstaat '.er nu een asyntnetrie in de parasitaire kapaciteiten, te weten aan de ene kant de parallelschakeling van de parasitaire kapaciteiten 18 en 19 naar aarde, aan de andere kant een parasitaire kapaciteit 17 naar de ingang 1, dat wil zeggen de basis van transistor 3. Om deze asymmetrie 15 nu te kampenseren dient men als maatregel volgens de uitvinding een balanceerinpedantie in de vorm van kondensator 20 aan te brengen tussen de basis van transistor 3 en het gemeenschappelijke punt 9, waarbij men de grootte van de kondensator zodanig kiest, dat de kapaciteitswaarde overeenkomt met de parasitaire kapaciteit 19.

20 Het spréékt vanzelf dat, indien er tussen het gemeenschappe lijke punt 9 en de kolléktor van transistor 10 nog een extra impedantie opgenomen zou zijn, er tussen de basis van transistor 3 en het gemeenschappelijke punt 9,.in plaats van de kondensator 20, een balanceer-impedantie qpgenctnen dient te·worden, waarvan de grootte overeenkomt 25 met de impedantie van de serieschakeling van de genoemde extra impedantie en de parasitaire kapaciteit 19.

Figuur 2 toont een ander uitvoeringsvoorbeeld. Onderdelen uit de figuren 1 en 2 met dezelfde referentienummers zijn dezelfde.

De schakeling toont veel overeenkomst met die van figuur 1. De eerste 30 ingang 21 waaraan het ingangssignaal kan worden toegevoerd is hier de inverterende ingang van de verschilversterker. Via de impedantie 16 is de ingang 21 gekoppeld aan de basis van de eerste transistor 22.

De basis van de tweede transistor 23 is eventueel via een impedantie 24 gekoppeld aan de tweede ingang 29, die is gekoppeld met een punt 35 van konstante potentiaal (bijvoorbeeld aarde). De eerste en tweede uitgang zijn met 30 respéktievelijk 31 aangegeven. De impedantie-waarde van impedantie 24 zal weer bij voorkeur, ter verkrijging van een goede balais, overeenkomen met de impedantiewaarde van de 8 1 0 5 5 3 6 PHN 10.209 6 parallelschakeling van de impedanties 15 (Z^) en 16 (Z2). De versterkings- faktor van de schakeling, zijnde de verhouding van de amplitude van het signaal aan klem 14 tot die van het ingangssignaal aan ingang 21, is Zn hier gelijk aan /Z2. Ook hier zijn weer parasitaire kapaciteiten 5 aanwezig tussen de basis en de stutter van de transistoren 22 respektieve-lijk 23 (25 en 26) en tussen de kolléktor en het substraat (aarde) van transistor 10 (27). Ook hier is een asymmetrie ten opzichte van het gemeenschappelijk punt 9, en wel enerzijds de parallelschakeling van de parasitaire kapaciteiten 26 en 27 tussen het gemeenschappelijke 10 punt 9 en aarde, en anderzijds de parasitaire kapaciteit 25 tussen het gemeenschappelijke punt 9 en de basis van transistor 22. Door nu een balanceerkondensator 28 tussen het gemeenschappelijke punt 9 en de basis van transistor 22 aan te brengen, waarbij de kapaciteitswaarde overeenkomt met die van de parasitaire kapaciteit 27 wordt de verschil-15 versterker weer in balans gebracht. Indien er tussen het gemeenschappelijke punt 9 en de kolléktor van transistor 10 een extra impedantie zou zijn opgenomen, dan dient dezelfde impedantie ook nog in serie met de kondensator 28 tussen punt 9 en de basis van transistor 22 te zijn opgenomen. Het zij vermeld, dat de uitvinding niet is beperkt 20 tot de getoonde uitvoeringsvoorbeelden. De uitvinding is ook van toepassing qp die uitvoeringsvormen die op niet op het idee van de uitvinding betrekking hebbende punten van de getoonde voorbeelden verschillen. Zo is het bijvoorbeeld mogelijk de schakeling, in plaats van met bipolaire transistoren, met veldeffekt transistoren (zoals 25 MOS-transistoren) op te bouwen.

30 35 8105535

Claims (3)

1. Verschilversterker, omvattende een eerste en een tweede ingang, waarbij aan de eerste ingang . een ingangssignaal kan worden toegevoerd en de tweede ingang is gekoppeld met een eerste punt van kanstante potentiaal, 5 een eerste en een tweede uitgang voor bet leveren van twee tegenfasige, van het ingangssignaal afhankelijke, uitgangssignalen, een eerste en een tweede transistor, waarvan een stuurelek-trode is gekoppeld met de eerste respektievelijk tweede ingang, een eerste hoofdelektrode is gekoppeld met de eerste respektievelijk 10 tweede uitgang, en een tweede hoofdelektrode, elk.eventueel via een iirpedantie, is gekoppeld met een gemeenschappelijk punt, en een als stroombron geschakelde derde transistor, met een eerste hoofdeléktrode gekoppeld aan het gemeenschappelijke punt, en een tweede hoofdelektrode gekoppeld aan een tweede punt van kons tante 15 potentiaal, met het kenmerk, dat tussen de stuurelektrode van de eerste transistor en het gemeenschappelijke punt een balanceer impedantie is aangebracht, die althans een kapaciteit bevat.

2. Verschilversterker volgens konklusie 1, met het kenmerk, dat genoerrde kapaciteit een kapaciteitswaarde heeft ten minste ten 20 naaste bij overeenkomende met de grootte van de parasitaire kapaciteit tussen de eerste hoofdelektrode van de derde transistor en het tweede punt van konstante potentiaal.

3. Verschilversterker volgens konklusie 1 of 2, met het kenmerk, dat indien tussen het gemeenschappelijke punt en de eerste 25 hoofdelektrode van de derde transistor een impedantie is opgencmen, de balanceer iirpedantie een met genoemde impedantie overeenkomende impedantie in serie roet de kapaciteit bevat. 30 35 810353Ö