WO2009074176A1 - Power amplifier comprising a switchable, high-impedance output - Google Patents

Power amplifier comprising a switchable, high-impedance output Download PDF

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WO2009074176A1
WO2009074176A1 PCT/EP2007/063658 EP2007063658W WO2009074176A1 WO 2009074176 A1 WO2009074176 A1 WO 2009074176A1 EP 2007063658 W EP2007063658 W EP 2007063658W WO 2009074176 A1 WO2009074176 A1 WO 2009074176A1
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transistor
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power amplifier
output
emitter
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PCT/EP2007/063658
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Inventor
Kurt Beneder
Andreas Seiler
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/30—Single-ended push-pull [SEPP] amplifiers; Phase-splitters therefor
    • H03F3/3066—Single-ended push-pull [SEPP] amplifiers; Phase-splitters therefor the collectors of complementary power transistors being connected to the output
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    • H03F3/3069—Single-ended push-pull [SEPP] amplifiers; Phase-splitters therefor the emitters of complementary power transistors being connected to the output
    • H03F3/3071—Single-ended push-pull [SEPP] amplifiers; Phase-splitters therefor the emitters of complementary power transistors being connected to the output with asymmetrical driving of the end stage
    • H03F3/3072—Single-ended push-pull [SEPP] amplifiers; Phase-splitters therefor the emitters of complementary power transistors being connected to the output with asymmetrical driving of the end stage using Darlington transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/72—Gated amplifiers, i.e. amplifiers which are rendered operative or inoperative by means of a control signal

Definitions

  • the invention relates to a generic
  • Power amplifier as defined in the preamble of claim 1.
  • it includes one
  • the invention further relates to a method for power amplification of an electrical signal, as defined in the preamble of claim 6.
  • Power amplifiers are used in a variety of electronic devices, such as in audio engineering, or telecommunications technology, such as telecommunications. in modems. Power amplifiers are also operated in parallel, with some of the power amplifiers being active and others being off. This raises the problem that it is inactive by the shutdown of a power amplifier, but does not behave high impedance when driven from the outside via the output of the switched-off power amplifier. They thus represent low-resistance, non-linear loads, which reduce the transmission level, for example in applications in telecommunications.
  • a power amplifier for which a first transistor as a first current source, and a second transistor is provided as a second current source, wherein the collector-collector path between the second transistor to a third transistor with the base of at least one
  • Output transistor is connected, which is in communication with the output for the amplified signal, it is provided according to the invention that the base and emitter of the at least one output transistor with collector and emitter of a, the at least one output transistor respectively associated fourth transistor are connected, which at power a control voltage becomes conductive. As a result, the base-emitter path of the at least one output transistor is short-circuited, and the output behaves high impedance.
  • a seventh transistor is provided, at the base of which the control voltage is applied, and whose emitter is grounded, and the tap of the auxiliary control voltage is provided on the seventh transistor.
  • the base of the first transistor and of the second transistor is in each case connected to the collector of an eighth transistor, at whose base the control auxiliary voltage is applied and at the emitter thereof a supply voltage.
  • the eighth transistor thus becomes conductive, as a result of which the current sources formed by the first and second transistors are switched off.
  • the base of the third transistor is connected to the collector of a ninth transistor, at the base of which the control voltage is applied, and whose emitter is grounded.
  • the invention also proposes a method for power amplification of an electrical signal, in which an unamplified signal is supplied to an input of a power amplifier circuit, and at the output of the power amplifier circuit, the amplified Signal is tapped from at least one output transistor.
  • an unamplified signal is supplied to an input of a power amplifier circuit, and at the output of the power amplifier circuit, the amplified Signal is tapped from at least one output transistor.
  • Fig.l a circuit with which an embodiment of a power amplifier according to the invention can be realized
  • FIG. 2 shows a simplified representation of the circuit of FIG. 1 for the power amplifier with the power amplifier switched on
  • FIG. 3 shows a further embodiment of a circuit with which an embodiment of a power amplifier according to the invention can be realized.
  • FIG. 1 shows a circuit with which an embodiment of a power amplifier according to the invention can be realized.
  • the power amplifier has the input PA IN for an unamplified signal and an output PAOUT for the amplified signal.
  • the power amplifier consists in a conventional manner of a differential amplifier Q13, Q12, which drives a current mirror Ql 5, Ql 4.
  • a first transistor Ql acts as a current source with the current Il for this differential amplifier. This circuit part controls as a current source, the voltage amplifier stage with a third transistor QIl.
  • the third transistor QIl operates in emitter circuit with a second transistor Q9 as a load current source 12.
  • the capacitor C17 serves in a conventional manner as a dominant pole compensation for the entire amplifier.
  • the transistor Q6 acts as a diode, and outputs with the
  • the resistors RIO and R42 provide a constant current through the transistor Q6 and the resistor R30 with a constant supply voltage VPl.
  • a capacitor C15 is used in a conventional manner for filtering possible high-frequency fluctuations of the supply voltage VPl, and the emitter resistors R33, R30, R29 reduce specimen scattering of the forward voltages in the first transistor Ql, in the second transistor Q9, and in the transistor Q6. Since the first transistor Ql, the second
  • Transistor Q9, as well as the transistor Q6 are of the same type, and have the same temperature, temperature dependencies are eliminated.
  • the base of the respective, fourth transistor Q28, Q29 is connected to the collector of a fifth transistor Q30, at the base of which a control auxiliary voltage VCtrl and at the emitter of which a supply voltage VP1 is applied, and to the collector of a sixth transistor Q32, at the base of which the control voltage PA_Dis is applied , and whose emitter is grounded.
  • the auxiliary control voltage VCtrl at the fifth transistor Q30 will be selected in the amount of the supply voltage VPl.
  • a seventh transistor Q31 is provided, at the base of which the control voltage PA Dis is applied via a resistor R41, and whose emitter is grounded, wherein the tap of the auxiliary control voltage VCtrl is provided on the seventh transistor Q31.
  • the auxiliary control voltage VCtrl is lowered, with which the fifth transistor Q30 and an eighth transistor Q33 are driven.
  • the base of the first transistor Ql and the second transistor Q9 is connected to the collector of this eighth transistor Q33, at the base of which the auxiliary control voltage VCtrl and at the emitter of which a supply voltage VP1 is applied.
  • the eighth transistor Q33 thus becomes conductive, as a result of which the current sources formed by the first transistor Q1 and the second transistor Q9 are switched off.
  • the base of a third transistor QIl is further connected to the collector of a ninth transistor Q2, at the base of which the control voltage PA Dis across the resistor R23 is applied, and its emitter is grounded. As a result, when the control voltage PA_Dis is switched on, the ninth transistor Q2 becomes conductive.
  • the fourth transistors Q28, Q29, the fifth transistor Q30, the sixth transistor Q32, the seventh transistor Q31, the eighth transistor Q33, and the ninth transistor Q2 are switching transistors.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of a circuit with which an embodiment of a power amplifier according to the invention can be realized.
  • the two diodes D1, D2 in the collector-collector path between the second transistor Q9 and the third transistor Q11 they are shown further transistors Q3 and Q45 arranged.
  • the two output transistors Q8, Q45 it can be seen that they can each also be connected in the form of a Darlington circuit or a complementary Darlington circuit.
  • FIG. 2 shows the power amplifier of FIG. 1 for the low impedance output switched-on amplifier.
  • the control voltage PA Dis of OV is raised to about 3.3 V, such as with a control by a digital 3.3V logic.
  • the seventh transistor Q31 becomes conductive, and also makes the eighth transistor Q33 conductive.
  • the resistor R41 limits the base current of the seventh transistor Q31 to harmless values.
  • resistor R49 limits the base current for the eighth transistor Q33.
  • the eighth transistor Q33 When the eighth transistor Q33 becomes conductive, the voltage drop at the base of the transistor Q6 becomes Supply voltage VPl as small as the saturation voltage of the eighth transistor Q33 (eg approx. 0.2V). Thus, the current sources formed by the first transistor Ql and the second transistor Q9 provide no current II, 12 more.
  • the base-emitter voltages of the two output transistors Q8 and Q45 must be short-circuited.
  • the sixth transistor Q32 becomes conductive.
  • the resistor R39 limits the base current for the sixth transistor Q32 to harmless values.
  • the control auxiliary voltage VCtrl after switching on the control voltage PA Dis is about OV, and the fifth transistor Q30 is conductive.
  • the two fourth transistors Q29 and Q28 become conductive with the voltages through the voltage divider with the resistors R9, R57, R58 and RIl.
  • the base-emitter voltages of the two output transistors Q8 and Q45 are also as small as the saturation voltage (about 0.2 volts), and the output PAOUT high impedance.
  • the circuit when driven from the outside by currents through the capacitor C17, the circuit is not low, these currents are shorted to a ninth transistor Q2.
  • the resistor R23 in turn serves as a limitation of the base current of the ninth transistor Q2.
  • the control voltage PA Dis must be reduced again to about OV.
  • the ninth transistor Q2 again high impedance, and affects the circuit no longer.
  • the seventh transistor Q31 also becomes high-impedance again, and the auxiliary control voltage VCrtl again reaches the value of the supply voltage VP1.
  • the two resistors R47 and R49 serve to quickly rid the bases of the eighth transistor Q33 and the fifth transistor Q30 of charge carriers.
  • these two transistors are high impedance.
  • the current source reference voltage from the base of the transistor Q6 to the supply voltage VPl rises delayed, causing the delay through the resistor R30 and the capacitor C15.
  • the two streams Il and 12 are initially raised quickly, but subsequently increased slowly. Since the two currents II, 12 the gain and speed of the
  • Power amplifier he reached only after about 300 ⁇ s its full gain. In these 300 ⁇ s, voltage differences between the bases of the transistors Q13 and Q12 are slowly compensated so that, due to unavoidable offset voltages between the bases of the transistors Q13 and Q12, only minimal voltage jumps occur at the output PAOUT of the power amplifier. Excessive voltage jumps, for example, would exceed the conducted emission limit values in telecommunications applications.
  • the fifth switching transistor Q30 Since the value of the auxiliary control voltage VCrtl is close to that for the supply voltage VP1, the fifth switching transistor Q30 also turns off. Also the sixth
  • Circuit transistor Q32 turns off because the control voltage PA_Dis at its base is at about OV.
  • the base-emitter voltages of the two fourth switching transistors Q29 and Q28 also become approximately OV, so that they become high-resistance.
  • the two output transistors Q8 and Q45 are active again.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Abstract

The invention relates to a power amplifier, for which a first transistor (Q1) is provided as a first current source and a second transistor (Q9) is provided as a second current source, the collector-collector section between the second transistor (Q9) and a third transistor (Q11) being connected to the base of at least one output transistor (Q8, Q45), which is connected to the output (PAOUT) for the amplified signal. According to the invention, the base and the emitter of the output transistor(s) (Q8, Q45) are connected to the collector and emitter of a fourth transistor (Q29, Q28) that is assigned to the respective output transistor(s) (Q8, Q45), said fourth transistor becoming conductive when a control voltage (PA_Dis) is activated. The base-emitter section of the output transistor(s) (Q8, Q45) is thus short-circuited, and the output (PAOUT) of the power amplifier behaves with high impedance.

Description

Beschreibungdescription
Leistungsverstärker mit schaltbarem, hochohmigen AusgangPower amplifier with switchable, high-impedance output
Die Erfindung bezieht sich auf einen gattungsgemäßenThe invention relates to a generic
Leistungsverstärker, wie er im Oberbegriff von Anspruch 1 festgelegt ist. Insbesondere umfasst er einenPower amplifier as defined in the preamble of claim 1. In particular, it includes one
Leistungsverstärker, für den ein erster Transistor als erste Stromquelle, sowie ein zweiter Transistor als zweite Stromquelle vorgesehen ist, wobei die Kollektor- Kollektorstrecke zwischen dem zweiten Transistor zu einem dritten Transistor mit der Basis von zumindest einem Ausgangstransistor verbunden ist, der mit dem Ausgang für das verstärkte Signal in Verbindung steht. Die Erfindung bezieht sich des Weiteren auf ein Verfahren zur Leistungsverstärkung eines elektrischen Signals, wie es im Oberbegriff von Anspruch 6 festgelegt ist.Power amplifier, for which a first transistor as the first current source, and a second transistor is provided as a second current source, wherein the collector-collector path between the second transistor to a third transistor to the base of at least one output transistor is connected to the output for the amplified signal is connected. The invention further relates to a method for power amplification of an electrical signal, as defined in the preamble of claim 6.
Stand der TechnikState of the art
Leistungsverstärker finden in einer Vielzahl elektronischer Geräte Einsatz, etwa in der Audiotechnik, oder der Telekommuniktionstechnik, wie z.B. in Modems. Dabei werden Leistungsverstärker auch parallel betrieben, wobei manche der Leistungsverstärker aktiv, und andere abgeschaltet sein können. Dabei stellt sich das Problem, dass durch die Abschaltung eines Leistungsverstärkers er zwar inaktiv wird, aber bei Ansteuerung von außen über den Ausgang des abgeschalteten Leistungsverstärkers sich nicht hochohmig verhält. Sie stellen somit niederohmige, nichtlineare Lasten dar, die etwa bei Anwendungen in der Telekommunikation den Sendepegel verringern.Power amplifiers are used in a variety of electronic devices, such as in audio engineering, or telecommunications technology, such as telecommunications. in modems. Power amplifiers are also operated in parallel, with some of the power amplifiers being active and others being off. This raises the problem that it is inactive by the shutdown of a power amplifier, but does not behave high impedance when driven from the outside via the output of the switched-off power amplifier. They thus represent low-resistance, non-linear loads, which reduce the transmission level, for example in applications in telecommunications.
Aus der US 5,241,283 und der US 6,636,117 wird daher etwa vorgeschlagen, Puffer-Schaltungen anzuordnen, um entsprechend hohe Input-Impedanzen zu erreichen. Maßnahmen dieser Art erhöhen allerdings den schaltungstechnischen Aufwand. Darstellung der ErfindungFrom US Pat. No. 5,241,283 and US Pat. No. 6,636,117 it is therefore proposed, for example, to arrange buffer circuits in order to achieve correspondingly high input impedances. However, measures of this type increase the circuit complexity. Presentation of the invention
Es ist daher das Ziel der Erfindung, diese Nachteile zu vermeiden und Leistungsverstärker zu verwirklichen, die bei vergleichsweise niedrigem Schaltungsaufwand den Ausgang abgeschalteter Leistungsverstärker hochohmig werden lassen, sodass er für nachgeordnete Schaltungsabschnitte keine niederohmige Last darstellt. Diese Ziele werden durch die Merkmale von Anspruch 1 erreicht.It is therefore the object of the invention to avoid these disadvantages and to realize power amplifiers which, with comparatively low circuit complexity, make the output of switched-off power amplifiers become high-impedance, so that they do not represent a low-impedance load for downstream circuit sections. These objects are achieved by the features of claim 1.
Bei einem Leistungsverstärker, für den ein erster Transistor als erste Stromquelle, sowie ein zweiter Transistor als zweite Stromquelle vorgesehen ist, wobei die Kollektor- Kollektorstrecke zwischen dem zweiten Transistor zu einem dritten Transistor mit der Basis von zumindest einemIn a power amplifier, for which a first transistor as a first current source, and a second transistor is provided as a second current source, wherein the collector-collector path between the second transistor to a third transistor with the base of at least one
Ausgangstransistor verbunden ist, der mit dem Ausgang für das verstärkte Signal in Verbindung steht, ist dabei erfindungsgemäß vorgesehen, dass Basis und Emitter des zumindest einen Ausgangstransistors mit Kollektor und Emitter eines, dem zumindest einen Ausgangstransistor jeweils zugeordneten, vierten Transistors verbunden sind, der bei Einschalten einer Steuerspannung leitend wird. Dadurch wird die Basis-Emitter-Strecke des zumindest einen Ausgangstransistors kurzgeschlossen, und der Ausgang verhält sich hochohmig.Output transistor is connected, which is in communication with the output for the amplified signal, it is provided according to the invention that the base and emitter of the at least one output transistor with collector and emitter of a, the at least one output transistor respectively associated fourth transistor are connected, which at power a control voltage becomes conductive. As a result, the base-emitter path of the at least one output transistor is short-circuited, and the output behaves high impedance.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass die jeweilige Basis des vierten Transistors mit dem Kollektor eines fünften Transistors, an dessen Basis eine Steuerhilfsspannung und an dessen Emitter eineAccording to an advantageous embodiment, it is proposed that the respective base of the fourth transistor with the collector of a fifth transistor, at the base of which a control auxiliary voltage and at the emitter thereof
Versorgungsspannung anliegt, sowie dem Kollektor eines sechsten Transistors verbunden ist, an dessen Basis die Steuerspannung anliegt, und dessen Emitter auf Masse liegt. Diese Merkmale beschreiben eine Möglichkeit, wie der jeweilige, vierte Transistor geschalten werden kann, nämlich mithilfe eines fünften und sechsten Transistors, wobei die Steuerhilfsspannung am fünften Transistor in der Höhe der Versorgungsspannung gewählt werden wird. Sobald die Steuerhilfsspannung absinkt, und die Steuerspannung eingeschaltet ist, werden der fünfte und der sechste Transistor somit leitend, wodurch auch der jeweilige, vierte Transistor leitend wird.Supply voltage is applied, and the collector of a sixth transistor is connected, at the base of which the control voltage is applied, and whose emitter is grounded. These features describe one way in which the respective fourth transistor can be switched, namely by means of a fifth and sixth transistor, wherein the auxiliary control voltage at the fifth transistor will be selected at the level of the supply voltage. As soon as the Control auxiliary voltage drops, and the control voltage is turned on, the fifth and the sixth transistor thus conductive, whereby the respective fourth transistor becomes conductive.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird des Weiteren vorgeschlagen, dass ein siebenter Transistor vorgesehen ist, an dessen Basis die Steuerspannung anliegt, und dessen Emitter auf Masse liegt, und am siebenten Transistor der Abgriff der Steuerhilfsspannung vorgesehen ist. Dadurch wird durch Einschalten der Steuerspannung die Steuerhilfsspannung abgesenkt, mit der der fünfte Transistor angesteuert wird.According to an advantageous development, it is further proposed that a seventh transistor is provided, at the base of which the control voltage is applied, and whose emitter is grounded, and the tap of the auxiliary control voltage is provided on the seventh transistor. As a result, by switching on the control voltage, the auxiliary control voltage is lowered, with which the fifth transistor is driven.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird des Weiteren vorgeschlagen, dass dass die Basis des ersten Transistors und des zweiten Transistors jeweils mit dem Kollektor eines achten Transistors verbunden ist, an dessen Basis die Steuerhilfsspannung und an dessen Emitter eine Versorgungsspannung anliegt. Sobald durch Einschalten der Steuerspannung die Steuerhilfsspannung absinkt, wird der achte Transistor somit leitend, wodurch die durch den ersten und zweiten Transistor gebildeten Stromquellen abgeschaltet werden .According to an advantageous development, it is further proposed that the base of the first transistor and of the second transistor is in each case connected to the collector of an eighth transistor, at whose base the control auxiliary voltage is applied and at the emitter thereof a supply voltage. As soon as the control auxiliary voltage drops by switching on the control voltage, the eighth transistor thus becomes conductive, as a result of which the current sources formed by the first and second transistors are switched off.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird des Weiteren vorgeschlagen, dass dass die Basis des dritten Transistors mit dem Kollektor eines neunten Transistors verbunden ist, an dessen Basis die Steuerspannung anliegt, und dessen Emitter auf Masse liegt. Dadurch wird bei Einschalten der Steuerspannung der neunte Transistor leitend, und unerwünschte Ströme durch den üblicherweise beim dritten Transistor vorgesehenen Kondensator werden kurzgeschlossen.According to an advantageous development, it is further proposed that the base of the third transistor is connected to the collector of a ninth transistor, at the base of which the control voltage is applied, and whose emitter is grounded. As a result, when the control voltage is switched on, the ninth transistor becomes conductive, and unwanted currents are short-circuited by the capacitor usually provided at the third transistor.
Erfindungsgemäß wird auch ein Verfahren zur Leistungsverstärkung eines elektrischen Signals vorgeschlagen, bei dem ein unverstärktes Signal einem Eingang einer Leistungsverstärkerschaltung zugeführt wird, und am Ausgang der Leistungsverstärkerschaltung das verstärkte Signal von zumindest einem Ausgangstransistor abgegriffen wird. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass bei abgeschaltetem Leistungsverstärker die Basis-Emitter-Strecke des zumindest einen Ausgangstransistors überbrückt wird. Die Überbrückung kann mithilfe eines Transistors erfolgen, der durch Einschalten einer Steuerspannung leitend wird.The invention also proposes a method for power amplification of an electrical signal, in which an unamplified signal is supplied to an input of a power amplifier circuit, and at the output of the power amplifier circuit, the amplified Signal is tapped from at least one output transistor. According to the invention, it is provided that when the power amplifier is switched off, the base-emitter path of the at least one output transistor is bridged. The bridging can be done by means of a transistor which becomes conductive by switching on a control voltage.
Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Im Anschluss erfolgt nun eine detaillierte Beschreibung derFollowing is a detailed description of the
Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels. Dabei zeigen dieInvention based on an embodiment. The show
Fig.l eine Schaltung, mit der sich eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Leistungsverstärkers verwirklichen lässt,Fig.l a circuit with which an embodiment of a power amplifier according to the invention can be realized,
Fig. 2 eine vereinfachte Darstellung der Schaltung von Fig. 1 für den Leistungsverstärker bei eingeschaltetem Leistungsverstärker, undFIG. 2 shows a simplified representation of the circuit of FIG. 1 for the power amplifier with the power amplifier switched on, and FIG
Fig. 3 eine weitere Ausführungsform einer Schaltung, mit der sich eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Leistungsverstärkers verwirklichen lässt.3 shows a further embodiment of a circuit with which an embodiment of a power amplifier according to the invention can be realized.
Ausführung der ErfindungEmbodiment of the invention
In der Fig.l ist eine Schaltung, mit der sich eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Leistungsverstärkers verwirklichen lässt, gezeigt. Der Leistungsverstärker weist den Eingang PA IN für ein unverstärktes Signal auf, sowie einen Ausgang PAOUT für das verstärkte Signal. Der Leistungsverstärker besteht dabei in an sich bekannter Weise aus einem Differenzverstärker Q13,Q12, der einen Stromspiegel Ql 5, Ql 4 ansteuert. Die beiden Widerstände R38,R37 stellen gemeinsam mit dem Kondensator C16 die Gesamtrückkoplung (Negative Feedback) dar, und legen damit dieFIG. 1 shows a circuit with which an embodiment of a power amplifier according to the invention can be realized. The power amplifier has the input PA IN for an unamplified signal and an output PAOUT for the amplified signal. The power amplifier consists in a conventional manner of a differential amplifier Q13, Q12, which drives a current mirror Ql 5, Ql 4. The two resistors R38, R37 together with the capacitor C16, the total feedback (negative feedback) is, and thus put the
Gesamtverstärkung des Leistungsverstärkers fest. Ein erster Transistor Ql wirkt als Stromquelle mit dem Strom Il für diesen Differenzverstärker. Dieser Schaltungsteil steuert als Stromquelle die Spannungsverstärkerstufe mit einem dritten Transistor QIl an. Der dritte Transistor QIl arbeitet dabei in Emitterschaltung mit einem zweiten Transistor Q9 als Laststromquelle 12. Der Kondensator C17 dient hierbei in an sich bekannter Weise als Dominant-Pol Kompensation für den gesamten Verstärker.Overall gain of the power amplifier fixed. A first transistor Ql acts as a current source with the current Il for this differential amplifier. This circuit part controls as a current source, the voltage amplifier stage with a third transistor QIl. The third transistor QIl operates in emitter circuit with a second transistor Q9 as a load current source 12. The capacitor C17 serves in a conventional manner as a dominant pole compensation for the entire amplifier.
Der Spannungsabfall vom Strom 12 an den Dioden Dl, D2 gibt eine Basis-Emitter Spannung für die beidenThe voltage drop from the current 12 to the diodes Dl, D2 gives a base-emitter voltage for the two
Ausgangstransistoren Q8,Q45 vor. Die beidenOutput transistors Q8, Q45 before. The two
Ausgangstransistoren Q8,Q45 sind bei diesemOutput transistors Q8, Q45 are at this
Ausführungsbeispiel Leistungstransistoren in EmitterschaltungEmbodiment power transistors in emitter circuit
(Stromverstärkung), um einen niedrigen Ausgangswiderstand zu erreichen. Die beiden Widerstände Rl, R2 sind(Current gain) to achieve a low output resistance. The two resistors Rl, R2 are
Emitterwiderstände, die mit dem Spannungsabfall an den DiodenEmitter resistors coincide with the voltage drop across the diodes
Dl, D2 den Ruhestromarbeitspunkt der AusgangstransistorenDl, D2 the quiescent current operating point of the output transistors
Q8,Q45 stabilisieren.Stabilize Q8, Q45.
Der Transistor Q6 wirkt wie eine Diode, und gibt mit derThe transistor Q6 acts as a diode, and outputs with the
Spannung an der Basis des Transistors Q6 die Referenz für die Stromquellen Il/Ql und I2/Q9 vor. Die Widerstände RIO und R42 geben mit einer konstanten Versorgungsspannung VPl eine konstanten Strom durch den Transistor Q6 und dem Widerstand R30 vor. Ein Kondensator C15 dient in an sich bekannter Weise zur Filterung von möglichen hochfrequenten Schwankungen der Versorgungsspannung VPl, und die Emitterwiderstände R33, R30, R29 verkleinern Exemplarstreuungen der Flußspannungen im ersten Transistor Ql, im zweiten Transistor Q9, sowie im Transistor Q6. Da der erste Transistor Ql, der zweiteVoltage at the base of transistor Q6, the reference for the current sources Il / Ql and I2 / Q9 ago. The resistors RIO and R42 provide a constant current through the transistor Q6 and the resistor R30 with a constant supply voltage VPl. A capacitor C15 is used in a conventional manner for filtering possible high-frequency fluctuations of the supply voltage VPl, and the emitter resistors R33, R30, R29 reduce specimen scattering of the forward voltages in the first transistor Ql, in the second transistor Q9, and in the transistor Q6. Since the first transistor Ql, the second
Transistor Q9, sowie der Transistor Q6 vom selben Typ sind, und die gleiche Temperatur haben, werden Temperaturabhängigkeiten eliminiert .Transistor Q9, as well as the transistor Q6 are of the same type, and have the same temperature, temperature dependencies are eliminated.
Aus der Fig. 1 ist des Weiteren ersichtlich, dass Basis und Emitter der beiden Ausgangstransistoren Q8,Q45 mit Kollektor und Emitter der beiden, den jeweiligen Ausgangstransistoren Q8,Q45 zugeordneten, vierten Transistoren Q28,Q29 verbunden sind, die bei Einschalten einer Steuerspannung leitend werden, wie noch näher ausgeführt werden wird. Dadurch wird die Basis-Emitter-Strecke der beiden Ausgangstransistoren Q8,Q45 kurzgeschlossen, und der Ausgang PAOUT verhält sich hochohmig.It is further apparent from Fig. 1 that the base and emitter of the two output transistors Q8, Q45 are connected to the collector and emitter of the two fourth transistors Q28, Q29 associated with the respective output transistors Q8, Q45 are, which become conductive when switching on a control voltage, as will be explained in more detail. As a result, the base-emitter path of the two output transistors Q8, Q45 is short-circuited, and the output PAOUT behaves high impedance.
Die Basis des jeweiligen, vierten Transistors Q28,Q29 ist mit dem Kollektor eines fünften Transistors Q30, an dessen Basis eine Steuerhilfsspannung VCtrl und an dessen Emitter eine Versorgungsspannung VPl anliegt, sowie dem Kollektor eines sechsten Transistors Q32 verbunden, an dessen Basis die Steuerspannung PA_Dis anliegt, und dessen Emitter auf Masse liegt. Die Steuerhilfsspannung VCtrl am fünften Transistor Q30 wird in der Höhe der Versorgungsspannung VPl gewählt werden.The base of the respective, fourth transistor Q28, Q29 is connected to the collector of a fifth transistor Q30, at the base of which a control auxiliary voltage VCtrl and at the emitter of which a supply voltage VP1 is applied, and to the collector of a sixth transistor Q32, at the base of which the control voltage PA_Dis is applied , and whose emitter is grounded. The auxiliary control voltage VCtrl at the fifth transistor Q30 will be selected in the amount of the supply voltage VPl.
Des Weiteren ist ein siebenter Transistor Q31 vorgesehen, an dessen Basis über einen Widerstand R41 die Steuerspannung PA Dis anliegt, und dessen Emitter auf Masse liegt, wobei am siebenten Transistor Q31 der Abgriff der Steuerhilfsspannung VCtrl vorgesehen ist. Dadurch wird durch Einschalten der Steuerspannung PA_Dis die Steuerhilfsspannung VCtrl abgesenkt, mit der der fünfte Transistor Q30, sowie ein achter Transistor Q33 angesteuert wird.Furthermore, a seventh transistor Q31 is provided, at the base of which the control voltage PA Dis is applied via a resistor R41, and whose emitter is grounded, wherein the tap of the auxiliary control voltage VCtrl is provided on the seventh transistor Q31. As a result, by switching on the control voltage PA_Dis, the auxiliary control voltage VCtrl is lowered, with which the fifth transistor Q30 and an eighth transistor Q33 are driven.
Die Basis des ersten Transistors Ql und des zweiten Transistors Q9 ist jeweils mit dem Kollektor dieses achten Transistors Q33 verbunden, an dessen Basis die Steuerhilfsspannung VCtrl und an dessen Emitter eine Versorgungsspannung VPl anliegt. Sobald durch Einschalten der Steuerspannung PA Dis die Steuerhilfsspannung VCtrl absinkt, wird der achte Transistor Q33 somit leitend, wodurch die durch den ersten Transistor Ql und den zweiten Transistor Q9 gebildeten Stromquellen abgeschaltet werden.The base of the first transistor Ql and the second transistor Q9 is connected to the collector of this eighth transistor Q33, at the base of which the auxiliary control voltage VCtrl and at the emitter of which a supply voltage VP1 is applied. As soon as the control auxiliary voltage VCtrl drops by switching on the control voltage PA Dis, the eighth transistor Q33 thus becomes conductive, as a result of which the current sources formed by the first transistor Q1 and the second transistor Q9 are switched off.
Die Basis eines dritten Transistors QIl ist des Weiteren mit dem Kollektor eines neunten Transistors Q2 verbunden, an dessen Basis die Steuerspannung PA Dis über den Widerstand R23 anliegt, und dessen Emitter auf Masse liegt. Dadurch wird bei Einschalten der Steuerspannung PA_Dis der neunte Transistor Q2 leitend.The base of a third transistor QIl is further connected to the collector of a ninth transistor Q2, at the base of which the control voltage PA Dis across the resistor R23 is applied, and its emitter is grounded. As a result, when the control voltage PA_Dis is switched on, the ninth transistor Q2 becomes conductive.
Bei den vierten Transistoren Q28,Q29, dem fünften Transistor Q30, dem sechsten Transistor Q32, dem siebenten Transistor Q31, dem achten Transistor Q33, sowie dem neunten Transistor Q2 handelt es sich dabei um Schalttransistoren.The fourth transistors Q28, Q29, the fifth transistor Q30, the sixth transistor Q32, the seventh transistor Q31, the eighth transistor Q33, and the ninth transistor Q2 are switching transistors.
Die Fig. 3 stellt eine weitere Ausführungsform einer Schaltung, mit der sich eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Leistungsverstärkers verwirklichen lässt, dar. Anstelle der beiden Dioden Dl, D2 in der Kollektor- Kollektor-Strecke zwischen dem zweiten Transistor Q9 und dem dritten Transistor QIl sind dabei weitere Transistoren Q3 und Q45 angeordnet. Hinsichtlich der beiden Ausgangstransistoren Q8,Q45 ist ersichtlich, dass sie auch jeweils in Form einer Darlington-Schaltung, oder einer Komplementär-Darlington- Schaltung, geschaltet sein können.FIG. 3 shows a further embodiment of a circuit with which an embodiment of a power amplifier according to the invention can be realized. Instead of the two diodes D1, D2 in the collector-collector path between the second transistor Q9 and the third transistor Q11, they are shown further transistors Q3 and Q45 arranged. With regard to the two output transistors Q8, Q45, it can be seen that they can each also be connected in the form of a Darlington circuit or a complementary Darlington circuit.
Das Abschalten des Leistungsverstärkers und das Erreichen eines hochohmigen Ausganges funktioniert nun wie folgt, wobei zum Vergleich auch auf die Fig. 2 verwiesen wird, die den Leistungsverstärker von Fig. 1 für den eingeschalteten Verstärker mit niederohmigem Ausgang zeigt.Turning off the power amplifier and achieving a high impedance output now works as follows, with reference also being made to FIG. 2, which shows the power amplifier of FIG. 1 for the low impedance output switched-on amplifier.
Um den erfindungsgemäßen Leistungsverstärker hochohmig zu schalten, wird die Steuerspannung PA Dis von OV auf ca. 3.3 V angehoben, etwa mit einer Ansteuerung durch eine Digitale 3.3V Logik. Dadurch wird der siebente Transistor Q31 leitend, und bringt den achten Transistor Q33 ebenfalls zum Leiten. Der Widerstand R41 begrenzt dabei den Basisstrom des siebenten Transistors Q31 auf ungefährliche Werte. Ebenso begrenzt der Widerstand R49 den Basistrom für den achten Transistor Q33.In order to switch the power amplifier according to the invention high impedance, the control voltage PA Dis of OV is raised to about 3.3 V, such as with a control by a digital 3.3V logic. As a result, the seventh transistor Q31 becomes conductive, and also makes the eighth transistor Q33 conductive. The resistor R41 limits the base current of the seventh transistor Q31 to harmless values. Similarly, resistor R49 limits the base current for the eighth transistor Q33.
Wenn der achte Transistor Q33 leitend wird, wird der Spannungsabfall an der Basis des Transistors Q6 zur Versorgungsspannung VPl so klein wie die Sättigungsspannung des achten Transistors Q33 (z.B. ca. 0.2V) . Damit liefern die durch den ersten Transistor Ql und den zweiten Transistor Q9 gebildeten Stromquellen keinen Strom II, 12 mehr.When the eighth transistor Q33 becomes conductive, the voltage drop at the base of the transistor Q6 becomes Supply voltage VPl as small as the saturation voltage of the eighth transistor Q33 (eg approx. 0.2V). Thus, the current sources formed by the first transistor Ql and the second transistor Q9 provide no current II, 12 more.
Weiters müssen die Basis-Emitter Spannungen der beiden Ausgangstransistoren Q8 und Q45 kurzgeschlossen werden. Bei Einschalten der Eingangspannung PA Dis wird der sechste Transistor Q32 leitend. Der Widerstand R39 begrenzt dabei den Basistrom für den sechsten Transistor Q32 auf ungefährliche Werte. Da die Steuerhilfsspannung VCtrl nach Einschalten der Steuerspannung PA Dis auf ca. OV liegt, wird auch der fünfte Transistor Q30 leitend. Damit werden mit den Spannungen durch den Spannungsteiler mit den Widerständen R9, R57, R58 und RIl die beiden vierten Transistoren Q29 und Q28 leitend. Damit werden die Basis-Emitterspannungen der beiden Ausgangstransistoren Q8 und Q45 ebenfalls so klein wie die Sättigungsspannung (ca. 0.2 Volt), und der Ausgang PAOUT hochohmig.Furthermore, the base-emitter voltages of the two output transistors Q8 and Q45 must be short-circuited. When the input voltage PA Dis is turned on, the sixth transistor Q32 becomes conductive. The resistor R39 limits the base current for the sixth transistor Q32 to harmless values. Since the control auxiliary voltage VCtrl after switching on the control voltage PA Dis is about OV, and the fifth transistor Q30 is conductive. Thus, the two fourth transistors Q29 and Q28 become conductive with the voltages through the voltage divider with the resistors R9, R57, R58 and RIl. Thus, the base-emitter voltages of the two output transistors Q8 and Q45 are also as small as the saturation voltage (about 0.2 volts), and the output PAOUT high impedance.
Damit bei Ansteuerung von aussen durch Ströme über den Kondensator C17 die Schaltung nicht niederohmig wird, werden diese Ströme mit einem neunten Transistor Q2 kurzgeschlossen. Der Widerstand R23 dient wiederum als Begrenzung des Basistromes des neunten Transistors Q2.Thus, when driven from the outside by currents through the capacitor C17, the circuit is not low, these currents are shorted to a ninth transistor Q2. The resistor R23 in turn serves as a limitation of the base current of the ninth transistor Q2.
Zum Einschalten des erfindungsgemäßen Leistungsverstärkers muß die Steuerspannung PA Dis wieder auf etwa OV reduziert werden. Damit wird der neunte Transistor Q2 wieder hochohmig, und beeinflusst die Schaltung nicht mehr. Des Weiteren wird auch der siebente Transistor Q31 wieder hochohmig, und die Steuerhilfsspannung VCrtl erreicht wieder den Wert der Versorgungsspannung VPl. Die beiden Widerstände R47 und R49 dienen dabei dazu, die Basen des achten Transistor Q33 und des fünften Transistors Q30 schnell von Ladungsträgern zu befreien. Damit werden diese beiden Transistoren hochohmig. Die Stromquellenreferenzspannung von der Basis des Transistors Q6 zur Versorgungsspannung VPl steigt verzögert an, wobei die Verzögerung durch den Widerstand R30 und den Kondensator C15 bewirkt wird. Damit werden die beiden Ströme Il und 12 zwar zunächst schnell, in weiterer Folge aber zunehmend langsam hochgefahren. Da die beiden Ströme II, 12 die Verstärkung und die Geschwindigkeit desTo turn on the power amplifier according to the invention, the control voltage PA Dis must be reduced again to about OV. Thus, the ninth transistor Q2 again high impedance, and affects the circuit no longer. Furthermore, the seventh transistor Q31 also becomes high-impedance again, and the auxiliary control voltage VCrtl again reaches the value of the supply voltage VP1. The two resistors R47 and R49 serve to quickly rid the bases of the eighth transistor Q33 and the fifth transistor Q30 of charge carriers. Thus, these two transistors are high impedance. The current source reference voltage from the base of the transistor Q6 to the supply voltage VPl rises delayed, causing the delay through the resistor R30 and the capacitor C15. Thus, the two streams Il and 12 are initially raised quickly, but subsequently increased slowly. Since the two currents II, 12 the gain and speed of the
Leistungsverstärkers beeinflussen, erreicht er erst nach ca. 300μs seine volle Verstärkung. In diesen 300 μs werden Spannungsdifferenzen zwischen den Basen der Transistoren Q13 und Q12 langsam ausgeregelt, sodass es durch unvermeidliche Offsettspannungen zwischen den Basen der Transistoren Q13 und Q12 nur zu minimalen Spannungssprüngen am Ausgang PAOUT des Leistungsverstärkers kommt. Zu große Spannungssprünge würden etwa bei Anwendungen in der Telekommunikation die leitungsgebundenen Emissionsgrenzwerte überschreiten.Power amplifier, he reached only after about 300μs its full gain. In these 300 μs, voltage differences between the bases of the transistors Q13 and Q12 are slowly compensated so that, due to unavoidable offset voltages between the bases of the transistors Q13 and Q12, only minimal voltage jumps occur at the output PAOUT of the power amplifier. Excessive voltage jumps, for example, would exceed the conducted emission limit values in telecommunications applications.
Da der Wert der Steuerhilfsspannung VCrtl nahe bei jenem für die Versorungsspannung VPl liegt, sperrt auch der fünfte SchaltungsTransistor Q30. Auch der sechsteSince the value of the auxiliary control voltage VCrtl is close to that for the supply voltage VP1, the fifth switching transistor Q30 also turns off. Also the sixth
SchaltungsTransistor Q32 sperrt, da die Steuerspannung PA_Dis an dessen Basis auf ca. OV liegt. Dadurch werden auch die Basis-Emitter Spannungen der beiden vierten SchaltungsTransistoren Q29 und Q28 ca. OV, sodass sie hochohmig werden. Damit sind die beiden Ausgangstransistoren Q8 und Q45 wieder aktiv.Circuit transistor Q32 turns off because the control voltage PA_Dis at its base is at about OV. As a result, the base-emitter voltages of the two fourth switching transistors Q29 and Q28 also become approximately OV, so that they become high-resistance. Thus, the two output transistors Q8 and Q45 are active again.
Mit dem erfindungsgemäßen Leistungsverstärker gelingt es somit, bei vergleichsweise niedrigem Schaltungsaufwand den Ausgang abgeschalteter Leistungsverstärker hochohmig werden zu lassen, sodass er für nachgeordnete Schaltungsabschnitte keine niederohmige Last mehr darstellen kann. With the power amplifier according to the invention, it is thus possible, with comparatively low circuit complexity, to make the output of switched-off power amplifiers high-impedance, so that it can no longer represent a low-impedance load for downstream circuit sections.

Claims

Patentansprüche claims
1. 1. Leistungsverstärker, für den ein erster Transistor (Ql) als erste Stromquelle, sowie ein zweiter1. 1. power amplifier, for a first transistor (Ql) as the first power source, and a second
Transistor (Q9) als zweite Stromquelle vorgesehen ist, wobei die Kollektor-Kollektorstrecke zwischen dem zweiten Transistor (Q9) zu einem dritten Transistor (QU) mit der Basis von zumindest einem Ausgangstransistor (Q8,Q45) verbunden ist, der mit dem Ausgang (PAOUT) für das verstärkte Signal in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass Basis und Emitter des zumindest einen Ausgangstransistors (Q8,Q45) mit Kollektor und Emitter eines, dem zumindest einen Ausgangstransistor (Q8,Q45) jeweils zugeordneten, vierten Transistors (Q29,Q28) verbunden sind, der bei Einschalten einer Steuerspannung (PA_Dis) leitend wird.Transistor (Q9) is provided as a second current source, wherein the collector-collector path between the second transistor (Q9) to a third transistor (QU) to the base of at least one output transistor (Q8, Q45) is connected to the output (PAOUT ) for the amplified signal, characterized in that the base and emitter of the at least one output transistor (Q8, Q45) with collector and emitter of a, the at least one output transistor (Q8, Q45) respectively associated fourth transistor (Q29, Q28) are connected, which becomes conductive when a control voltage (PA_Dis).
2. Leistungsverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Basis des vierten Transistors (Q29,Q28) mit dem Kollektor eines fünften Transistors (Q30), an dessen Basis eine2. A power amplifier according to claim 1, characterized in that the respective base of the fourth transistor (Q29, Q28) to the collector of a fifth transistor (Q30), at the base of a
Steuerhilfsspannung (VCtrl) und an dessen Emitter eine Versorgungsspannung (VPl) anliegt, sowie dem Kollektor eines sechsten Transistors (Q32) verbunden ist, an dessen Basis die Steuerspannung (PA_Dis) anliegt, und dessen Emitter auf Masse liegt.Control auxiliary voltage (VCtrl) and at the emitter of a supply voltage (VPl) is applied, and the collector of a sixth transistor (Q32) is connected, at the base of the control voltage (PA_Dis) is applied, and whose emitter is grounded.
3. Leistungsverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein siebenter Transistor (Q31) vorgesehen ist, an dessen Basis die Steuerspannung (PA_Dis) anliegt, und dessen Emitter auf Masse liegt, und am siebenten Transistor (Q31) der Abgriff der Steuerhilfsspannung (VCtrl) vorgesehen ist.3. A power amplifier according to claim 2, characterized in that a seventh transistor (Q31) is provided, at the base of which the control voltage (PA_Dis) is applied, and whose emitter is grounded, and at the seventh transistor (Q31) the tap of the auxiliary control voltage (VCtrl ) is provided.
4. Leistungsverstärker nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Basis des ersten Transistors4. Power amplifier according to claim 2 or 3, characterized in that the base of the first transistor
(Ql) und des zweiten Transistors (Q9) jeweils mit dem Kollektor eines achten Transistors (Q33) verbunden ist, an dessen Basis die Steuerhilfsspannung (VCtrl) und an dessen Emitter eine Versorgungsspannung (VPl) anliegt.(Ql) and the second transistor (Q9) each with the Collector of an eighth transistor (Q33) is connected, at the base of the auxiliary control voltage (VCtrl) and at its emitter a supply voltage (VPl) is applied.
5. Leistungsverstärker nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Basis des dritten Transistors (QU) mit dem Kollektor eines neunten Transistors (Q2) verbunden ist, an dessen Basis die Steuerspannung (PA_Dis) anliegt, und dessen Emitter auf Masse liegt.5. Power amplifier according to one of claims 2 to 4, characterized in that the base of the third transistor (QU) to the collector of a ninth transistor (Q2) is connected, at the base of the control voltage (PA_Dis) is applied, and its emitter to ground lies.
6. Verfahren zur Leistungsverstärkung eines elektrischen Signals, bei dem ein unverstärktes Signal einem Eingang (PA IN) einer Leistungsverstärkerschaltung zugeführt wird, und am Ausgang (PAOUT) der6. A method for power amplification of an electrical signal in which an unamplified signal is applied to an input (PA IN) of a power amplifier circuit, and at the output (PAOUT) of
Leistungsverstärkerschaltung das verstärkte Signal von zumindest einem Ausgangstransistor (Q8,Q45) abgegriffen wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei abgeschaltetem Leistungsverstärker die Basis-Emitter-Strecke des zumindest einen Ausgangstransistors (Q8,Q45) überbrückt wird.Power amplifier circuit, the amplified signal from at least one output transistor (Q8, Q45) is tapped, characterized in that when the power amplifier is switched off, the base-emitter path of the at least one output transistor (Q8, Q45) is bridged.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Überbrückung mithilfe eines Transistors erfolgt, der durch Einschalten einer Steuerspannung (PA_Dis) leitend wird. 7. The method according to claim 6, characterized in that the bridging takes place by means of a transistor which becomes conductive by switching on a control voltage (PA_Dis).
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