DE1762790C

DE1762790C - Hybrid amplifier

Info

Publication number: DE1762790C
Application number: DE19681762790
Authority: DE
Inventors: Jack Princeton N.J. Avins (V.StA.)
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1967-08-28
Filing date: 1968-08-27
Publication date: 1973-01-18

Description

Die Erfindung betrifft integrierte Verstärker mit einem Verstärkertransistor, dessen Kollektor über einen Widerstand an eine Gleichstromquelle angeschlossen ist. Insbesondere bezieht sie sich auf in Hybridtechnik ausgeführte Verstarker, welche in;cgrierte, nit Transistoren arbeitende Schaltungstcile und mit diskreten Elementen und Röhren arbeitende Schaltungsteile enthalten.The invention relates to integrated amplifier with an amplifier transistor, the collector of which has a resistor is connected to a DC power source. In particular, it relates to in Hybrid technology executed amplifiers, which in; cgrierte, Circuit styles working with transistors and circuit parts operating with discrete elements and tubes.

^a5 Beim Zusammenarbeiten von integrierten Schaltungen, welche in monolithischer Form in einem Halbleiterplättchen aufgebaut sind, mit Röhrenschaltungen treten gravierende Anpassungsprobleme auf Zunächst sind die Stromversorgungsanforderungen beider Schaltungstypen sehr unterschiedlich, da Vakuumröhren mit hohen Betriebsspannungen, integrierte Schaltungen dagegen mit möglichst niedrigen Betriebsspannungen arbeiten sollen. Die Gründe für eine niedrige Betriebsspannung integrierter Schaltungen sind unter anderem die folgenden: ^a 5 When integrated circuits, which are built in monolithic form in a semiconductor wafer, work together with tube circuits, serious adaptation problems arise.First of all, the power supply requirements of both circuit types are very different, since vacuum tubes should work with high operating voltages, while integrated circuits should work with the lowest possible operating voltages. The reasons for a low operating voltage of integrated circuits include the following:

1. Die Durchbruchsspannungen von in monolithischen Schaltungen nach den üblichen Herstellungsverfahren ausgebildeten Transistoren liegen in der Größenordnung von 20 Volt. Sorgt man dafür, daß die Transistoren keinen hohen Spitzenspannungen ausgesetzt werden, dann läßt sich die Ausbeute bei der Herstellung der integrierten Schaltungen erhöhen.1. The breakdown voltages in monolithic circuits according to the usual manufacturing processes formed transistors are of the order of 20 volts. One sees to it that the transistors are not exposed to high peak voltages, then the yield can be increase in the manufacture of the integrated circuits.

2. Die Anzahl der auf einem Schaltungsplättchen unterzubringenden Bauelemente wird durch die im Betrieb entwickelte Wärme begrenzt. Die Widerstandswerte der integriert ausgebildeten Widerstände sind üblicherweise niedrig, so daß auch ihre Abmessungen kleingehalten werden. Diese niedrigen Widerstände führen in der Praxis zu Untergrenzen der in der integrierten Schaltung fließenden Ströme. Bei vielstufigen Schaltungen, deren einzelne Stufen jeweils bestimmte Strommengen aufnehmen, muß man daher die Betriebsspannungen dieser Stufen recht niedrig halten. Andernfalls wird die Betriebswärme, die dem Produkt der einzelnen Stufenströme mit der Betriebsspannung entspricht, zu hoch.2. The number of components to be accommodated on a circuit board is determined by the im Limited heat developed during operation. The resistance values of the integrated resistors are usually low, so that their dimensions are also kept small. These low resistances in practice lead to lower limits for the currents flowing in the integrated circuit. With multi-level Circuits, the individual stages of which each take up certain amounts of electricity, must therefore be used keep the operating voltages of these stages quite low. Otherwise, the operating heat that the The product of the individual step currents corresponds to the operating voltage, too high.

Bei Hybridschaltungen mit integrierten Schaltungsteilen und Röhrenstufen ist es wünschenswert, die Anzahl der Stromversorgungsquellen möglichst gering zu halten. Vorzugsweise möchte man nur eine einzige Versorgungsquelle für den integrierten Schaltungsteil benötigen. Da ferner die Anzahl der Kontaktflächen auf einem integrierten Schaltungsplättchen beschränkt ist, hängt die Anzahl der auf dem integrierten Schaltungsplättchen unterzubringenden Schaltungsteile in starkem Maße davon ab, wie zweckmäßig die Kontaktflächen des betreffenden Plättchens ausgenutzt werden. Verwendet man getrennte Be-In the case of hybrid circuits with integrated circuit parts and tube stages, it is desirable to have the To keep the number of power supply sources as low as possible. Preferably you only want one need a single supply source for the integrated circuit part. Furthermore, there is the number of contact surfaces is limited to an integrated circuit die, the number of on the integrated die depends Circuit wafers to be accommodated circuit parts to a large extent depend on how expedient the contact surfaces of the relevant platelet are used. If you use separate

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triebsspannungen für jede Stufe der integrierten Schaltungen, dann benötigt man dazu eine relativ große Anzahl von Kontaktflächen. Andererseits möchte man jedoch möglichst viele Stufen oder Schaltungsteile auf einem integrierten Schaltungsplättchen unterbringen, da man auf diese Weise die Wirtschaftlichkeit und die Zuverlässigkeit der Gesamtschaltung erhöhen karn,drive voltages for each stage of the integrated circuits, then one needs a relative large number of contact surfaces. On the other hand, however, you want as many stages or circuit parts as possible on an integrated circuit board, as this will improve the economy and increase the reliability of the overall circuit karn,

Aus den unterschiedlichen Versorgungsspannungserfordernissen für die integrierten Schaltungsteile und die Vakuumröhren bei Hybridschaltungen resultiert ein zweites Problem hinsichtlich der Eingangssignalgröße für den Röhrenteil, da die Röhreneingangsspannungen üblicherweise in der Größenordnung einiger Volt liegen. Die Ausgangsspannung, welche eine integrierte Schaltung für eine nachfolgende Verstärkerröhre liefern kann, ist dagegen üblicherweise auf einen etwas geringeren Wert als die Betriebsspannung der integrierten Schalung beschränkt. Die erwähnten ihci mischen Piulucmc vcihindern aber, daß man eine integrierte Schaltung an eine Versorgungsspannung anschließt, welche groß genug ist. um Ausgangssignale der integrierten Schaltung in der Größenordnung von K) bis 20 Volt zu ermöglichen. Derart große Signale sind aber am Gitter von Vakuumverstärkerröhren mit einem Kathodengegenkopplungswiderstand zur Vollaussteuerung erforderlich. Andererseits ist eine Vollaussteuerung der Vakuumröhren zum Betrieb mit ihrer maximalen Ausgangsleistung erwünscht. Die Verwendung eines Koppeltransformators oder eines zusätzlichen Verstärkers zur Ankopplung der integrierten Schaltung an die Vakuumröhre ist aber wiederum unwirtschaftlich.From the different supply voltage requirements for the integrated circuit parts and the vacuum tubes in hybrid circuits a second problem related to the input signal magnitude for the tube part because of the tube input voltages usually on the order of a few volts. The output voltage which an integrated circuit for a subsequent amplifier tube can provide, on the other hand, is usually limited to a value slightly lower than the operating voltage of the integrated formwork. The mentioned ihci mix Piulucmc but prevent that an integrated circuit is connected to a supply voltage that is large enough. to output signals of the integrated circuit in the order of K) to 20 volts. Like that However, large signals are on the grid of vacuum amplifier tubes with a cathode negative feedback resistor required for full control. On the other hand, there is a full scale of the vacuum tubes desired for operation at their maximum output power. The use of a coupling transformer or an additional amplifier for coupling the integrated circuit to the vacuum tube but is again uneconomical.

Man kann zwar versuchen, die Betriebsspannung der integrierten Schaltung aus der Röhrenbetriebsspannung abzuleiten. Dabei tritt jedoch das Problem auf. daß die Röhrenbetriebsspannung die Durchbruchsspannungen der integrierten Schaltung wesentlich überschreitet. Der Kollektorstrom eines integrierten Transistors muß dann über einen hochohmigen Kollektorwiderstand geführt werden, der die Kollcktorspannung des Transistors auf einen Wert unterhalb der Durchbruchsspannung herabsetzt. Die Kollektorwechselspannung des Ausgangstransistors müßte zur richtigen Aussteuerung der Vakuumröhre in der Größenordnung von 10 bis 20 Volt liegen. Kleine Änderungen des Kollektorstroms wurden daher zu einer Arbeitspunktverschiebung führen, welche bei großen Wechselspannungssignalen einen Durchbruch des Transistors zur Folge haben würde. Zwar ließe sich dieses Problem mit Hilfe einer Gegenkopplung des Endtransistors der integrierten Schaltung zur Stabilisierung seines Arbeitspunktes lösen, jedoch läßt sich dies nicht auf die übliche Weise der Verwendung eines Emittergegenkopplungswiderstandes in Reihe mit dem Basis-Emitter-Übergang des Endtransistors erreichen. Bei einer solchen üblichen Gegenkopplung kann der Emiiterwiderstand teilweise durch einen Kondensator überbrückt werden. Auf diese Weise läßt sich die Wechselspannungssignalverstärkung trotz verringerter Gleichspannimgsschwankungen erhalten. Diese Methode läßt sich jedoch nur anwenden, wenn der Kollektorarbeitswiderstand zum Emittergegenkopplungswiderstand der Endstufe in einem bestimmten Widerstandsverhältnis steht. Bei Schaltungen, in denen der Kollektorarbeitswidcrsland ein eng toleriertes diskretes Bauelement ist und der Emittergegenkopplungswiderstand ein weit toleriertes (typischerweise mindestens ± 30 %) integriertes Element ist, führt diese Schaltungsart jedoch nicht zu zufriedenstellenden Ergebnissen: Vielmehr muß ma« mit einem Schwankungsbereich des Kollektorstroms im Verhältnis von 2:1 rechnen.You can try to determine the operating voltage of the integrated circuit from the tube operating voltage derive. However, this is where the problem arises. that the tube operating voltage is the breakdown voltages of the integrated circuit significantly exceeds. The collector current of an integrated The transistor then has to be led across a high-ohm collector resistor, which controls the collector voltage of the transistor is reduced to a value below the breakdown voltage. The collector alternating voltage of the output transistor would have to be of the order of magnitude for the correct control of the vacuum tube from 10 to 20 volts. Small changes in the collector current therefore became one Lead working point shift, which leads to a breakthrough in the case of large AC voltage signals Transistor would result. This problem could be solved with the help of negative feedback from the Detach the end transistor of the integrated circuit to stabilize its operating point, but can not in the usual way of using an emitter negative feedback resistor in series with the base-emitter junction of the final transistor. With such a common negative feedback The emiiter resistance can be partially replaced by a Capacitor be bridged. In this way, the AC voltage signal gain can be despite received reduced DC voltage fluctuations. However, this method can only be used if the collector working resistance to the emitter negative feedback resistance of the output stage in a certain Resistance ratio is. For circuits in which the collector work area is a tightly tolerated is a discrete component and the emitter negative feedback resistance is a widely tolerated (typically at least ± 30%) is an integrated element, this type of circuit does not lead to satisfactory results Results: Rather, ma «with a fluctuation range of the collector current in Calculate a ratio of 2: 1.

Wenn man einen an eine höh? Gleichspannung gelegten hochohmigen Kollektorwiderstand verwendet, dann führen wiederum bereits kleine Kollektorstromänderungen zu relativ großen SchwankungenWhen you get to a height? DC voltage applied high-ohm collector resistance is used, then even small changes in the collector current result to relatively large fluctuations

ίο der Kollektorspannung. Will man die Betriebsspannung auf die halbe Durchbruchsspannung des Transistors legen, um eine genügende Wechselspannungsamplitude zu erreichen, dann führt eine solche Arbeitspunktverschiebung bei Signalspitzen zum Durch-ίο the collector voltage. Do you want the operating voltage put on half the breakdown voltage of the transistor to a sufficient AC voltage amplitude to achieve, then such an operating point shift leads to signal peaks through

bruch des Transistors; die Folge davon sind Signalverzerrungen und unter Umständen sogar Beschädigungen des Transistors.breakage of the transistor; the consequence of this is signal distortion and, under certain circumstances, even damage to the transistor.

Ein weiteres Problem ergibt sich, wenn man den Kollektorarbeitswiderstand des letzten TransistorsAnother problem arises when looking at the collector load resistance of the last transistor

ao dci integrierten Schaltung mit in den integrierten Aufbau einbeziehen will. Dies ist aber erwünscht, damit man den Emitterruhegleichstrom des Transistors so hoch wie möglich wählen kann: Dann wird nämlich die Übertragungssteilheit (gm) hoch, womitao dci integrated circuit with built into the Wants to include construction. But this is desirable in order to get the emitter quiescent direct current of the transistor can choose as high as possible: Then the transmission steepness (gm) becomes high, with which

»5 man eine gute Spannungsverstärkung erhält. Der Kollektorruhestrom des Transistors ist praktisch gleich dem Emitterruhestrom, und da der Kollektor ruhestrom auch durch den Kollektorarbeitswiderstand fließt, wird dadurch in vielen Fällen die Wärmeentwicklung des Kollektorarbeitswiderstandes unerwünscht hoch. Aus Gründen des Wärmehaushaltes kann man dann aber nicht si> viele Schaltungsteile in dem Schaltungsplättchen integrieren, wie es andernfalls möglich wäre. Eine kapazitive Ankopplung des“5 you get a good voltage gain. the The quiescent collector current of the transistor is practically equal to the quiescent emitter current, and since the collector Quiescent current also flows through the collector work resistor, this in many cases reduces the heat development of the collector work resistance undesirably high. For reasons of the heat balance but then one cannot integrate si> many circuit parts in the circuit board, as it would otherwise it is possible. A capacitive coupling of the

Arbeitswiderstandes ist aber wegen der zusätzlich benötigten Kontaktfläche zu vermeiden.Working resistance is to be avoided because of the additional contact area required.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer integrierten Schaltung, welche all diese Probleme löst. Diese Aufgabe wird bei einem integrierten Verstärker mit einem Verstärkertransistor, dessen Kollektor über einen Widerstand an eine Gleichstromquelle angeschlossen ist, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Arbeitswiderstand des Transistors in integrierter Form ausgebildet, galvanisch zwischen den Kollektor und ein Bezugspotential eeschaltet und mit einer Anzapfung versehen ist, daß der Verbindungspunkt des Kollektors rn.it dem Arbeitswiderstand mit der den Transistorstrom liefernden äußeren Gleichstromquelle, deren Ausgangswiderstand größer als der Arbeitswiderstand ist. verbunden ist daß die Anzapfung des Arbeitswiderstandes über einen Tiefpaß auf die Basis des Transistors, dessen Emitte über einen Emittergegenkoppluniiswiderstand an dem Bezugspotential liegt, geführt ist und daß die Anzapfung des Arbeitswiderstandes so gewählt ist, daß das Verhältnis des Gesamtarbeitswidersllindes zu seinem bezugspotentialseitigen Teilwiderstand nicht größer ist als das Verhältnis der kleineren der beiden Durchbruchsspannungen zwisehen Kollektor und Emitter des Transistors oder zwischen Kollektorwiderstand und Schaltungsplättchen zur Spannung an der Reihenschaltung der Basis Emitter-Strecke des Transistors mit seinem Emitterwiderstand. The object of the invention is to provide an integrated circuit which incorporates all of these Solves problems. This task is performed in an integrated amplifier with an amplifier transistor, the collector of which is connected to a direct current source via a resistor, according to the invention solved in that the working resistance of the transistor is formed in an integrated form, galvanically between the collector and a reference potential and is provided with a tap that the connection point of the collector with the working resistance with the one supplying the transistor current external direct current source, the output resistance of which is greater than the operating resistance. connected is that the tapping of the load resistance via a low-pass filter to the base of the transistor, its emitter via an emitter negative feedback resistor is at the reference potential, is performed and that the tapping of the working resistance is so is chosen that the ratio of the total work conflict to its reference potential side partial resistance is not greater than the ratio of smaller of the two breakdown voltages between the collector and emitter of the transistor or between the collector resistor and the circuit board for the voltage on the series connection of the base Emitter path of the transistor with its emitter resistance.

Zunächst wird die Betriebsspannung der letzten Stufe der integrierten Schaltung nicht von derselben Stromquelle wie die Betriebsspannungen für die vorangehenden Stufen der integrierten Schaltung gennm-First of all, the operating voltage of the last stage of the integrated circuit is not the same Current source such as the operating voltages for the preceding stages of the integrated circuit called

men. Weiterhin lassen sich die Betriebsspannungen der vorangehenden Stufen der integrierten Schaltung im Hinblick auf die gewünschten Wechselspannungsamplituden der integrierten Vorstufen wählen. Die Betriebsspannung ist in diesen Fällen normalerweise wesentlich kleiner, als wenn die integrierte Endstufe ihre Betriebsspannung von derselben Spannungsquelle erhielte. Für eine vorgegebene zulässige Wärmeentwicklung kann daher der in einem einzelnen integrierten Schaltungsplättchen zulässige Gesamtstrom größer gewählt werden. Das bedeutet, daß auf dem Schaltungsplättchen eine große Anzahl von Stufen untergebracht werden kann.men. Furthermore, the operating voltages of the preceding stages of the integrated circuit with regard to the desired alternating voltage amplitudes of the integrated pre-stages. the In these cases, the operating voltage is usually much lower than when the integrated output stage would get their operating voltage from the same voltage source. For a given permissible heat development can therefore be the total current allowable in a single integrated circuit die be chosen larger. This means that there are a large number of stages on the circuit board can be accommodated.

Der dritte Schritt liegt darin, daß der Arbeitswiderstand der letzten integrierten Transistorstufe vom Kollektor an ein Potential gelegt wird, welches an sich zu niedrig ist, um eine Ausgangswechselspannung der gewünschten Höhe zu ergeben. Dieses Potential liegt deutlich unter der Durchbruchsspannung des Transistors. Ein derartiger Anschluß trägt also zur Vermeidung des Durchbruchs bei. Bildet man den Arbeitswiderstand mit im integrierten Schaltungsaufbau aus, dann läßt sich sein Verhältnis zu den anderen Elementen der integrierten Schaltung genau bestimmen. Dadurch erhält man bei verschiedenen Exemplaren desselben Schaltungstyps gleichmäßige Eigenschaften (beispielsweise Spannungsverstärkung).The third step is that the load resistance of the last integrated transistor stage from Collector is applied to a potential which is in itself too low to produce an output AC voltage the desired height. This potential is well below the breakdown voltage of the Transistor. Such a connection thus contributes to avoiding the breakthrough. One forms the Working resistance with in the integrated circuit structure, then its relationship to the others can be Determine elements of the integrated circuit precisely. This gives you with different Samples of the same type of circuit have uniform properties (for example, voltage gain).

Ein viertes Merkmal liegt in dem Anschluß praktisch einer Konstantstromquelle an den Kollektor des Endtransistors der integrierten Schaltung. Sie besteht aus einem hochohmigen Widerstand, welcher vom Kollektor zu der die hohe Betriebsspannung für die Vakuumröhre liefernden Spannungsquelle geführt ist. Diese Konstantstromquelle läßt am kollektorseitigen Ende des Arbeitswiderstandes des Transistors die Betriebsspannung für diesen entstehen. Da die Betriebsspannungsquelle für die Röhre eine wesentlich höhere Spannung liefert als der Endtransistor benötigt, ist der zur Hochspannungsquelle führende Widerstand wesentlich größer als der integrierte Arbeitswiderstand des Transistors. Der Verbindungswiderstand wird als nichtintegriertes, diskretes Bauelement verwendet, da ein integrierter Widerstand ebenfalls Durchbruchsspannungsprobleme bringt. Ein integrierter Widerstand ist normalerweise von anderen auf dem Schaltungsplättchen ausgebildeten Bauelementen durch eine Sperrspannung zwischen dem den Widerstand bildenden Halbleitermaterial gegenüber dem entgegengesetzt dotierten Halbleitermaterial des Plättchens isoliert. Bei einer zu hohen Sperrspannung kommt es zu einem Lawinendurchbruch zwischen Widerstandsmaterial und Umgebungsmaterial. Integrierte Widerstände werden üblicherweise aus P-leitendem Material im gleichen Diffusionsschritt wie die Basiszone von Transistoren ausgebildet und sind in N-leilendem Material, welches der Kollektorzone des oder der Transistoren entspricht, eingebettet. Der Widerstands-Lawinendurchbruch tritt daher praktisch bei derselben Spannung wie der Kollektor-Basis-Durchbruch des Transistors auf. Die Anschlüsse des Ausgangstransistors und seines Kollektorarbeitswiderstandes ermöglichen es bei der Erfindung, daß der Durchbruch des Ausgangstransistors und seines Kollektorwiderstandes sich gleichzeitig vermeiden lassen, während andererseits der Ausgangstransistor und sein Kollektorwiderstand sich für eine maximale Wechselspannungsamplitude auslegen lassen. Diese erwünschten Bedingungen sind nicht bei Schaltungen zu finden.A fourth feature resides in the connection of an essentially constant current source to the collector of the End transistor of the integrated circuit. It consists of a high-resistance resistor, which is from Collector to which the voltage source supplying the high operating voltage for the vacuum tube is led. This constant current source leaves the operating voltage at the collector-side end of the working resistor of the transistor arise for this. Since the operating voltage source for the tube is much higher The resistor leading to the high voltage source supplies voltage than the final transistor needs much larger than the integrated working resistance of the transistor. The connection resistance is used as a non-integrated, discrete component, as it also has an integrated resistor Brings breakdown voltage problems. A built-in resistor is usually from another formed on the circuit board by a reverse voltage between the the components Resistance forming semiconductor material compared to the oppositely doped semiconductor material of the Plate isolated. If the reverse voltage is too high, an avalanche breakdown occurs between Resistance material and surrounding material. Integrated resistors are usually made of P-type Material formed in the same diffusion step as the base region of transistors and are in N-type material, which is the collector zone of the or corresponding to the transistors embedded. Resistance avalanche breakdown therefore occurs practically at the same voltage as the collector-base breakdown of the transistor. The connections of the Output transistor and its collector load resistance make it possible in the invention that the Breakdown of the output transistor and its collector resistance can be avoided at the same time, while, on the other hand, the output transistor and its collector resistance ensure a maximum alternating voltage amplitude have it laid out. These desirable conditions cannot be found in circuits.

bei denen der Kollektorarbeitswiderstand an eine höhere Spannung als die Kollektorbetriebsspannung des Ausgangstransistors geführt ist, welche größer als seine Durchbruchsspannung ist.where the collector load resistance to a higher voltage than the collector operating voltage of the output transistor is performed, which is greater than its breakdown voltage.

Eine fünfte Eigenschaft der Erfindung liegt in der Lösung des Problems, daß das Verhältnis des den Verbindungswiderstand durchfließenden Stromes zum Kollektorstrom des Endtransistors sich nicht genau bestimmen läßt. Hierfür gibt es viele Gründe. DieA fifth characteristic of the invention resides in the solution to the problem that the ratio of the den Connection resistance of the flowing current to the collector current of the final transistor is not exactly can be determined. There are many reasons for this. the

ίο hohe Betriebsspannung ist oft nicht gut geregelt. Die Toleranzbreite integrierter Widerstände ist recht groß, typiicherweise ± 30%, so daß der Kollektorstrom des Ausgangstransistors sich im Verhältnis 2 : 1 verändern kann. Die entsprechenden Verschiebungen des Arbeitspunktes können jedoch nicht toleriert werden, wenn das Ausgangssignal über den gesamten Spannungsbereich, den der Ausgangstransistor ohne Durchbruch verarbeiten kann, reichen soll. Dieses Problem wird durch eine Gegenkopplung des Ausgangstransistors für alle Gleichstromkomponenten des von ihm verarbeiteten Signals gelöst. Die Gleichspannungsrückkopplung wird bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sehr leicht ermöglicht, indem der Kollektorarbeitswiderstand der letzten Transistorstufe auf ein möglichst niedriges Potential geführt ist. Dadurch läßt sich eine Anzapfung dieses Arbeitswiderstandes unmittelbar an Transistoren des integrierten Schaltungsplättchens führen, ohne daß dazu Potentialverschiebungselemente wie Lawinendioden erforderlich wären. Ferner liegt an dem die Gegenkopplungsschleife für Wechselspannungssignale überbrückenden Kondensator nur eine niedrige Spannung, so daß er billig sein kann.ίο high operating voltage is often not well regulated. the The tolerance range of integrated resistors is quite large, typically ± 30%, so that the collector current of the output transistor can change in a ratio of 2: 1. The corresponding shifts of the operating point cannot be tolerated if the output signal over the entire Voltage range that the output transistor can process without breakdown should be sufficient. This The problem arises from negative feedback in the output transistor for all direct current components of the signal processed by it. DC voltage feedback is preferred in the Embodiment of the invention made possible very easily by changing the collector load resistance of the last Transistor stage is led to the lowest possible potential. This allows you to tap into this Lead working resistance directly to the transistors of the integrated circuit chip, without that this would require potential displacement elements such as avalanche diodes. It is also due to the the negative feedback loop for AC voltage signals bridging capacitor only a low Tension so that it can be cheap.

Ferner ist es vorteilhaft, die Gleichstrompfade durch den Endtransistor der integrierten Schaltung und seinen Koilektorarbeitswiderstand parallel zu führen, anstatt sie wie üblich in Reihe zu schalten. Der Kollektorruhestrom des Transistors kann dadurch wesentlich höher gewählt werden, und dieser zusätzliehe Stromanteil wird von einer außerhalb der integrierten Schaltung liegenden Gleichstromquelle geliefert, und er fließt nicht durch den Kollektorarbeitswiderstand. Auf diese Weise wird eine Erhöhung der Wärmeentwicklung im Arbeitswiderstand vermieden.It is also advantageous to use the direct current paths through the final transistor of the integrated circuit and to run its coil working resistor in parallel instead of connecting them in series as usual. The quiescent collector current of the transistor can thus be selected to be significantly higher, and this additionally The current component is supplied by a direct current source located outside the integrated circuit, and it does not flow through the collector work resistor. This way there will be an increase in Heat development in the working resistance avoided.

Der zusätzliche Kollektorstromanteil des Transistors hat einen zusätzlichen Emitterstromanteil zur Folge, welcher in vorteilhafter Weise die Vorwärtssteilheit des Transistors erhöht und somit eine höhere Spannungsverstärkung ermöglicht. Auch verringert sich der innere Emitterwiderstand des Transistors. Dadurch braucht in Reihe mit der Basis-Emitter-Strecke des Transistors zur Linearisierung der Spannungsverstärkung dieser Stufe ein geringerer linearer Widerstand verwendet zu werden. Somit läßt sich eine höhere Stufenverstärkung bei gleichzeitig brauchbarer Linearität erreichen.The additional collector current component of the transistor has an additional emitter current component for Result which advantageously increases the forward steepness of the transistor and thus a higher one Enables voltage amplification. The internal emitter resistance of the transistor is also reduced. This requires in series with the base-emitter path of the transistor to linearize the voltage gain a lower linear resistance to be used at this stage. Thus can achieve a higher step gain with usable linearity at the same time.

Die Erfindung führt somit zu einem integrierten »Transistorverstärker, der höhere Wechselspannungssignale liefert. Zur Speisung des Verstärkers kann eine nur in geringfügigem Maße geregelte Hochspannung verwendet werden, mit der die diskreten Bauelemente der Hybridschaltung gespeist werden. Außerdem ist die Spannungsverstärkung wegen des höheren Transistorstromes, der jedoch nicht durch den Arbeitswiderstand fließen muß, obwohl dieser galvanisch mit dem Transistor verbunden ist, höher.The invention thus leads to an integrated »transistor amplifier, the higher AC voltage signals supplies. A high voltage, which is only slightly regulated, can be used to feed the amplifier be used, with which the discrete components of the hybrid circuit are fed. In addition, the voltage gain is because of the higher transistor current, which, however, is not through the working resistance must flow, although this is galvanically connected to the transistor, higher.

In der Zeichnung ist als Anwendungsbeispiel derIn the drawing is an application example of the

Erfindung ein Schaltbild eines Signalverarbeitung^-Invention a circuit diagram of a signal processing ^ -

7 87 8

kanals für eine phasenmodulierte Welle bei einem grierter Form herstellen läßt. Die entgegengesetztcan produce channel for a phase modulated wave in a grated form. The opposite

Fernsehempfänger in integrierter Bauweise dar- gepolten Gleichrichter der Diskriminatorschaltung 74Integrated television receiver with polarized rectifier of discriminator circuit 74

gestellt. sind mit 78 und 80 bezeichnet; die verteilte Kapazi-placed. are designated 78 and 80; the distributed capacity

Diese Schaltung weist mehrere Verstärkerstufen tat der in integrierter Form ausgebildeten Lastwider-This circuit has several amplifier stages did the integrated load resistance

mit drei Transistoren im Tonteil eines Femsehemp- 5 stände 82 und 84 sieben die Harmonischen aus derwith three transistors in the audio section of a television set 82 and 84 seven the harmonics from the

Tangers auf. Das gestrichelte Rechteck 10 stellt den Signalfrequenz aus.Tangers on. The dashed rectangle 10 represents the signal frequency.

Aufbau in einem monolithischen Halbleilerplättchen Die vom Diskriminator 74 demodulierten Signale dar. Dieses Plättchen hat mehrere Kontaktflächen an werden über eine Kontaktfläche 76, einen ersten Konseinem Umfang, über welche Verbindungen zu der im densator 86, ein Potentiometer 88, einen zweiten Plättchen ausgebildeten Schaltung hergestellt werden. io Kondensator 90 und eine Kontaktfläche 92 auf den Beispielsweise kann an die Kontaktflächen 12 und 14 Eingang einer Tonfrequenzverstärkerstufe 94 gekopein frequenzmoduliertes Signal angelegt werden. pdt, welche gemäß der Erfindung aufgebaut ist. Die Die Abmessungen des Plättchens 10 liegen in der von der Stufe 94 verstärkten Signale werden über eine Größenordnung von 1,25 mm im Quadrat oder dar- Kontaktfläche 96 und einen dritten Kondensator 98 auf unter. Die Ausbildung der verschiedenen Transisto- 15 eine Tonfrequenzendstufe gegeben, welche beispielsren, Dioden und Widerstände in einem solchen Halb- weise eine Endröhrc 100 für den nicht dargestellten leiterplättchen ist bekannt. Lautsprecher enthält. Der De-emphasis-Kondensator Die beispielsweise vom Videogleichrichter oder 102 verbindet die Kontaktfläche 76 mit einer Bezugs-Videoverstärker des Fernsehers stammenden fre- spannung, die als Masse dargestellt ist.
qucnzmodulierten Signale werden auf einen Anschluß 20 Die positive Klemme der Gleichspanriungsquelle 16 gegeben und über einen Kondensator 18 auf einen für die Versorgung der Schaltung kann Spannungs-Schwingkreis 20 geführt, der auf die Hilfsträgerfre- Schwankungen unterliegen und ist mit einer Kontaktquenz von 4,5 MHz zwischen dem Bildträger und fläche 104 verbunden, während ihre negative Klemme dem Tonträger des Fernsehsignales (entsprechend mit einer anderen Kontaktfläche 106 verbunden ist. USA.-Norm) abgestimmt ist. Der Schwingkreis 20 25 Schwankungen der Betriebsspannung werden durch und der Koppelkondensator 18 sind im vorliegenden die Emitter-Basis-Durchbruchsspannung des Transi-Beispiel nicht im Halbleiterplättchen ausgebildet, son- stors 108 ausgeregelt, welcher über einen Widerstand dem über die Kontaktflächen 12 und 14 mit ihm ver- 110 mit der Kontaktfläche 104 verbunden ist und bunden. dessen Kollektor nicht angeschlossen ist. Transistoren Die Kontaktfläche 12 ist unmittelbar an eine erste 30 112 und 114, die mit der Kontaktfläche 104 und dem Versiürkerstufe 22 angeschlossen, welche drei Tran- Transistor 108 verbunden sind, arbeiten als Emittersistorcn 24. 26 und 28 umfaßt. Die ersten beiden folger und trennen die den Transistoren 24, 26, 28, Transistoren 24 und 26 sind mit Hilfe von Wider- 40 und 42 zugeführte geregelte Spannung von der ständen 30 und 32 zu einem emitter-gekoppelten Ver- den Transistoren 44, 56 und 58 zugeführten Spanstärker zusammengeschaltct, während der dritte Tran- 35 nung. Construction in a monolithic semiconductor plate. The signals demodulated by the discriminator 74 represent. This plate has several contact areas via a contact area 76, a first consonance, via which connections are made to the circuit formed in the capacitor 86, a potentiometer 88, a second plate . io capacitor 90 and a contact surface 92 on the For example, a frequency-modulated signal can be applied to the contact surfaces 12 and 14 input of an audio frequency amplifier stage 94 coupled. pdt constructed in accordance with the invention. The dimensions of the wafer 10 are within the range of the signals amplified by the stage 94 being over an order of magnitude of 1.25 mm square or about the contact area 96 and a third capacitor 98 on below. The design of the various transistors 15 given an audio frequency output stage, which, for example, diodes and resistors in such a way an end tube 100 for the circuit board (not shown) is known. Includes speaker. The de-emphasis capacitor The voltage coming from the video rectifier or 102, for example, connects the contact surface 76 to a reference video amplifier of the television, which voltage is shown as ground.
Qucnzmodulierten signals are given to a terminal 20, the positive terminal of the DC voltage source 16 and via a capacitor 18 to a voltage oscillating circuit 20 for the supply of the circuit, which is subject to fluctuations in the auxiliary carrier frequency and has a contact sequence of 4.5 MHz connected between the image carrier and surface 104, while its negative terminal is matched to the sound carrier of the television signal (correspondingly connected to another contact surface 106. USA standard). The oscillating circuit 20 25 fluctuations in the operating voltage are regulated by and the coupling capacitor 18 in the present example, the emitter-base breakdown voltage of the transi example is not formed in the semiconductor wafer, but rather 108, which is controlled via a resistor via the contact surfaces 12 and 14 with it connected 110 to the contact surface 104 and connected. whose collector is not connected. Transistors The contact surface 12 is directly connected to a first 30 112 and 114, which is connected to the contact surface 104 and the Versiürkerstufe 22, which three trans transistors 108 are connected, operate as emitter transistors 24, 26 and 28 includes. The first two followers and separate the transistors 24, 26, 28, transistors 24 and 26 are regulated voltage supplied with the aid of resistors 40 and 42 from the stands 30 and 32 to form an emitter-coupled transistor 44, 56 and 58 supplied chip stronger interconnected, during the third tran- 35.

sistor 28 mit Hilfe der Widerstände 34 und 36 als Die in der Schaltung weiterhin dargestellten beiden Emitterfolger geschaltet ist. Das von der Verstärker- Transistoren 116 und 118 und drei Widerstände 120. stufe 22 erzeugte Ausgangssignal erscheint am Ver- 122 und 124 stellen eine Vorspannungsquelle 126 für bindungspunkt der Widerstände 34 und 36. die Verstärkerstufen 22 und 38 dar. Diese Vorspan-Die Verstärkerstufe 22 ist direkt mit einer gleichen 40 nungsquelle 126 liefert am Widerstand 124 eine Verstärkerstufe 38 gekoppelt, die ebenfalls drei Tran- Spannung, die im wesentlichen halb so groß wie die sjsloren 40. 42 und 44 enthält. Die ersten beiden Spannung an dem Ende des Widerstandes 120 ist. Transistoren 40 und 42 sind wiederum mit Hilfe eines welches dem Kollektor des Transistors 118 abgc-Paares von Widerständen 46 und 48 zu einem emit- wandt ist. Die Spannung am Widerstand 124 ist untergekoppelten Verstärker zusammengeschaltet, wäh- 45 abhängig von der Temperatur und von Versorgungsrend der dritte Widerstand 44 mit Hilfe der Wider- Spannungsschwankungen.sistor 28 with the help of resistors 34 and 36 as the two further shown in the circuit Emitter follower is switched. That of the amplifier - transistors 116 and 118 and three resistors 120. Stage 22 generated output signal appears at Ver 122 and 124 provide a bias source 126 for connection point of the resistors 34 and 36. the amplifier stages 22 and 38. This preload die Amplifier stage 22 is directly connected to the same 40 voltage source 126 supplies a resistor 124 Amplifier stage 38 coupled, the also three Tran voltage, which is essentially half as large as the sjsloren 40. 42 and 44 contains. The first two voltage at the end of resistor 120 is. Transistors 40 and 42 are in turn with the aid of an abc pair which is the collector of transistor 118 of resistors 46 and 48 to become one. The voltage across resistor 124 is undercoupled Amplifiers interconnected, depending on the temperature and the supply trend the third resistor 44 with the help of the resistance voltage fluctuations.

Stände 50 und 52 wiederum als Emitterfolger ge- Die Stabilität des Arbeitspunktes der Verstärkerschaltet ist. stufen 22 und 38 wird über eine Gegenkopplung mit Die Ausgangssignale der Stufe 38 entstehen am Hilfe des Widerslandes 128 über diese beiden Stufen Widerstand 52 und werden einer Begrenzerstufe 54 5° und mit Hilfe eines Überbrückungskondensators 130. zugeführt, welche Transistoren 56, 58 und 60, eine welcher mit dem Widerstand 128 über die Kontakt-Diode 62 und einen Widerstand 64 enthält. Der fläche 132 verbunden ist, erreicht. Die Begrenzer-Transiltor 60 arbeitet als Konstantstromquelle für die stufe 54 arbeitet dann automatisch im richtigen Ar-Begrenzersrufe 54 und ist in bekannter Weise mit beitspunkt, da die Gegenkopplung über die Verstär-Hilfe der Diode 62 temoeraturkompensiert. Der Tran- 55 kerstufen 22 und 28 die Spannung an der Basis des sistor 58 der Stufe 54 ist über eine Kontaktfläche 66 Transistors 56 auf der halben Betriebsspannung hält, mit der Primärwicklung eines Diskriminatortransfor- Die Begrenzerstufe 54 ist so abgeglichen, ohne daß mators 68 verbunden. Die Sekundärwicklung dieses sie in der Gegenkopplungsschleife liegt. Dies ist sehr Transformators 68 ist über ein Paar Kontaktflächen 70 erwünscht, weil die Schwingungsneigung in der Ge- und 72 mit dem übrigen Teil der Diskriminatorschal- 60 genkopplungsschleife verringert wird, wenn man die tung 74 verbunden. Die Diskriminaiorschaltung 74 Zahl der in dieser Schleife befindlichen Verstärkerist abgeglichen und liefert eine Ausgangsgleichspan- stufen so klein wie möglich hält. Die richtige Vor nung an der Kontaktflächc 76, welche sich nicht mit spannung für die Begrenzerstufe 54 wird praktisch dem Signalpegel verändert. unabhängig von der Transistorverstärkung gehalten. Die Diskriminatorschaltung 74 ist in Form eines 65 indem ein Widerstand 134 in der Basisrückleitung Ratio-Detektors aufgebaut, hat jedoch nicht den gro- des Transistors 24 liegt, dessen Wert gleich dem des ßen, normalerweise für die Spitzengleichrichtung er- Widerstandes 128 ist, welcher in der Basisrückleitung forderlichen Kondensator, welcher sich nicht in inte- des Transistors 26 liegt. Mit dem Widerstand 134 Stands 50 and 52 again as emitter followers. The stability of the operating point of the amplifier is switched. stages 22 and 38 are fed through a negative feedback with The output signals of stage 38 arise at the aid of contradiction 128 via these two stages resistor 52 and are fed to a limiter stage 54 5 ° and with the help of a bridging capacitor 130 , which transistors 56, 58 and 60, one which contains the resistor 128 via the contact diode 62 and a resistor 64. The area 132 connected is reached. The limiter-Transiltor 60 works as a constant current source for the stage 54 then works automatically in the correct Ar-limiter calls 54 and is in a known manner with beitpunkt, since the negative feedback over the amplifier aid of the diode 62 temperature-compensated. The tran- 55 kerstufen 22 and 28 the voltage at the base of the transistor 58 of the stage 54 is held by a contact surface 66 transistor 56 at half the operating voltage, with the primary winding of a discriminator transformer . The secondary winding of this it lies in the negative feedback loop. This is very much transformer 68 is desirable via a pair of contact surfaces 70 because the tendency to vibrate in the gene and 72 with the remainder of the discriminator circuit 60 coupling loop is reduced when the device 74 is connected. The discriminator circuit 74 the number of amplifiers located in this loop is balanced and supplies an output DC voltage level that keeps the number of amplifiers as small as possible. The correct voltage on the Kontaktflächec 76, which is not connected to voltage for the limiter stage 54, practically changes the signal level. held independently of the transistor gain. The discriminator circuit 74 is constructed in the form of a resistor 134 in the base return line ratio detector, but does not have the largest transistor 24 , the value of which is equal to that of the resistor 128 normally used for peak rectification, which is shown in FIG the base return condenser, which is not in the internal transistor 26. With the resistor 134

sind über Kontaktflächen 14 bzw. 140 Überbrükkungskondensatoren 136 und 138 verbunden. bridging capacitors 136 and 138 are connected via contact surfaces 14 and 140, respectively.

Die Vorstufen der integrierten Schaltung haben einen beträchtlichen Stromverbrauch. Um die Wärmeentwicklung der Schaltung in annehmbaren Grenzen zu halten, muli man die der Kontaktfläche 104 zugeführte Spannung vorzugsweise niedriger als 12 Volt wählen. Die integrierte Schaltung soll so große Ausgangssignale liefern, daß die Vakuumröhre 100 über ihren vollen Betriebsbereich ausgesteuert wird. Bei der hier beschriebenen Ausführungsform wird eine steile Röhre (SAQ5 verwendet. Bei Anwendung einer geeigneten Kathodengegenkopplung zur Linearitätsverbesserung benötigt die Röhre 100 eine Spannung von 3(1 V.. an ihrem Gitter. Andernfalls wird nicht die maximale Ausgangsleistung für den Röhrentonfrequen7verstärker erreicht. Die erforderlichen 30 Volt Spitzenspannung lassen sich jedoch nicht erreichen, wenn man den Kollektorarbcitswiderstand an eine Betriebsspannung von weniger als 12VoIt anschließt.The pre-stages of the integrated circuit consume considerable power. To the heat development To keep the circuit within acceptable limits, the one supplied to the contact surface 104 is muted Select a voltage preferably lower than 12 volts. The integrated circuit is said to have large output signals provide that the vacuum tube 100 is driven over its full operating range. at In the embodiment described here, a steep tube (SAQ5 is used. When using a Suitable cathode negative feedback to improve linearity, the tube 100 requires a voltage of 3 (1 V .. at their grid. Otherwise, the maximum output power for the tube-tone amplifier achieved. However, the required 30 volts peak voltage cannot be achieved if you connect the collector arcit resistance to an operating voltage of less than 12VoIt connects.

Es sei nun der Tonfrequenzverstärker 94 im einzelnen betrachtet. Er enthält einen ersten Transistor 150. der als Emitterfolger einen zweiten, in Emittergrundschaltung betriebenen Transistor 152 ansteuert. Der Basis des Transistors 150 wird ein tonfrequentes Eingangssignal über die Kontaktfläche 92 zugeführt, der Kollektor dieses Transistors erhält über die Kontaktfläche 104 eine positive Spannung und sein Emitter ist mit der Basis des Transistors 152 verbunden.Let us now consider the audio frequency amplifier 94 in detail. It contains a first transistor 150. the second emitter follower, in the basic emitter circuit operated transistor 152 controls. The base of transistor 150 becomes an audio frequency The input signal is supplied via the contact surface 92, the collector of this transistor receives it via the contact surface 104 has a positive voltage and its emitter is connected to the base of the transistor 152.

Ein Widerstand 154 verbindet den Emitter des Transistors 152 mit der Massekontaktfläche 106. Der Kollektorarbeitswiderstand des Transistors 152 umfaßt im wesentlichen zwei in Reihe geschaltete Widerstände 160 und 162, die zwischen den Kollektor und die auf Massepotential gehaltene Kontaktfläche 106 geschaltet sind.A resistor 154 connects the emitter of transistor 152 to ground pad 106. The The collector load resistance of the transistor 152 essentially comprises two resistors connected in series 160 and 162, the contact surface 106 between the collector and the contact surface 106 which is kept at ground potential are switched.

Die Widerstände 160 und 162 sind in der integrierten Schaltung ausgebildet, und sie bilden einen Arbeitswiderstand von 30,3 KOhm für den Kollektor des Transistors 152, der über sie galvanisch an Masse geführt ist. Die integrierten Widerstände 160 und 162 liegen parallel zur Kollektor-Emitter-Strecke des Ausgangstransistors 152 und sind daher keiner größeren Durchbruchsspannung als der Transistor 152 selbst ausgesetzt.Resistors 160 and 162 are formed in the integrated circuit, and they constitute one Working resistance of 30.3 KOhm for the collector of transistor 152, which is galvanically connected to ground via it is led. The integrated resistors 160 and 162 are parallel to the collector-emitter path of the Output transistor 152 and are therefore no greater breakdown voltage than transistor 152 self exposed.

Der Arbeitspunkt des Transistors 152 ergibt sich infolge der mit seinem Kollektor verbundenen Stromquelle, welche durch die an die Kontaktfläche 158 angeschlossene Hochspannung und einen zwischen diese Kontaktfläche und den Kollektor geschalteten hoehohmigen Widerstand 156 gebildet wird. Bei der dargestellten Ausführungsform beträgt die an der Kontaktfläche 158 liegende Spannung + 140VoIt und der Widerstand 156 hat einen Wert von 82 KOhm. Der Widerstand 156 ist als diskretes Bauelement außerhalb der integrierten Schaltung angeordnet, da die an ihm liegende Spannung zu hoch ist, um einen Durchbruch auszuschließen (Lawinendurchbruch zwischen dem Material des Widerstandes und seiner Isolationsinsel). Infolge der effektiven Parallelschaltung des Widerstandes 156 zu den Kollektorarbeitswiderständcn 160 und 162 verringert sich deren wirksamer Wert und damit der Verstärkungsfaktor des Transistors 152 um 17°/o. Man könnte zwar den Widerstand 156 hochohmiger wählen, aber es ist zweckmäßig, die Wärmeentwicklung dieses Widerstandes in solchen Grenzen zu halten, daß ein billiger Kohlewiderstand verwendet werden kann. Die Spannungsverstärkung der Verstärkerstufe 94 wird jedoch hauptsächlich durch die integrierten Schaltungskomponenten bestimmt, welche man so mit Bezug aufeinander dimensionieren kann, daß trotz Herstellungsslreuungen eine gleichförmige Spannungsverstärkung erhalten wird.The operating point of the transistor 152 results from the current source connected to its collector, which is formed by the high voltage connected to the contact surface 158 and a high-value resistor 156 connected between this contact surface and the collector. In the embodiment shown, the voltage applied to the contact surface 158 is + 140VoIt and the resistor 156 has a value of 82 KOhm. The resistor 156 is arranged as a discrete component outside the integrated circuit, since the voltage applied to it is too high to rule out a breakdown (avalanche breakdown between the material of the resistor and its isolation island). As a result of the effective parallel connection of the resistor 156 to the collector load resistors 160 and 162 , their effective value and thus the gain of the transistor 152 are reduced by 17%. One could choose the resistor 156 with a higher resistance, but it is expedient to keep the heat development of this resistor within such limits that a cheaper carbon resistor can be used. The voltage gain of the amplifier stage 94, however, is mainly determined by the integrated circuit components, which can be dimensioned with reference to one another in such a way that a uniform voltage gain is obtained despite manufacturing errors.

Der Verbindungspunkt der Widerstände 160 und 162 ist über ebenfalls integrierte Widerstände 164The connection point of the resistors 160 and 162 is via resistors 164 which are also integrated

ίο und 166 auf die Basis des Transistors 150 geführt, so daß über die Kontaktflächen 92 und 168 ein Rückführungsweg entsteht Ferner ist ein Kondensator 170 zwischen den Verbindungspunkt der Widerstände 164 und 166 einerseits und die Massekontaktlläche 168 andererseits geschaltet, so daß die Gegenkopplungsschleife für Wechselspannungssignale überbrückt ist. Auf diese Weise bleibt die Wechselsignalverstärkung erhalten, während der Gleichstromarbeitspunkt des Transistors 152 weitgehend stabilisiert wird. Dieίο and 166 led to the base of transistor 150, so that a return path is created via the contact surfaces 92 and 168. Furthermore, there is a capacitor 170 between the connection point of the resistors 164 and 166 on the one hand and the ground contact surface 168 on the other hand switched, so that the negative feedback loop for AC voltage signals is bridged. In this way, the alternating signal gain is retained while the direct current operating point of the Transistor 152 is largely stabilized. the

so Schaltung des Arbeitswiderstandes in Form der in Reihe geschalteten Widerstände 160 und 162 zwischen den Kollektor des Transisturs 152 und Massepotential an der Kontaktfläche 106 ermöglicht eine solche Gegenkopplung. Das Potential am Vcrbindungspunkt der Widerstände 160 und 162, welche einen Spannungsteiler für den Gleichspannungsgegenkopplungskreis bilden, ist genau richtig für eine solche Gegenkopplung gewählt. Es sind keinerlei Potentialverschicbungselemente wie Zenerdioden usw. erforderlich. so circuit of the working resistance in the form of the in Resistors 160 and 162 connected in series between the collector of transistor 152 and ground potential at the contact surface 106 enables such a negative feedback. The potential at the junction of resistors 160 and 162, which form a voltage divider for the DC voltage negative feedback circuit is chosen just right for such a negative feedback. There are no potential shift elements such as zener diodes etc. required.

Die Gegenkopplungsschleife zur Stabilisierung des Arbeitspunktes des Widerstandes 152 arbeitet in folgender Weise. Wenn die Spannung an der Kontaktfläche 96 ansteigt, dann erscheint ein Anteil dieses Spannungsanstieges an der Anzapfung des aus den Widerständen 160 und 162 bestehenden Spannungsteilers, welcher zwischen den Kontaktflächen 96 und 106 liegt. Dieser Spannungszuwachs wird über den Emitterfolgertransistor 150 auf die Basis des Transistors 152 gegeben. Dort führt er zu einer Erhöhung des Kollektorstromes. Diese Kollcktorslromerhöhung ist beträchtlich, da der Emittergegenkopplungswidcrstand 154 nur klein (in der Größenordnung von 50 Ohm) ist. Die Kollektorstromerhöhung führt also.The negative feedback loop for stabilizing the operating point of the resistor 152 operates as follows Wise. As the voltage on pad 96 increases, some of this appears Voltage rise at the tap of the voltage divider consisting of resistors 160 and 162, which lies between the contact surfaces 96 and 106. This increase in tension is over the Emitter follower transistor 150 placed on the base of transistor 152. There it leads to an increase of the collector current. This increase in collector current is considerable because of the emitter negative feedback resistance 154 is only small (on the order of 50 ohms). The collector current increase thus leads.

von der Kontaktfläche 96 aus gesehen, zu einem Absinken des Arbeitspunktpotentials.seen from the contact surface 96, to a decrease in the operating point potential.

Diese Gegenkopplungsstabilisierung des Transistors 152 wird dazu verwendet, das Potential des Arbeitspunktes an der Kontaktfläche 96 so eng wie möglich This negative feedback stabilization of the transistor 152 is used to keep the potential of the operating point at the contact area 96 as close as possible

bei der halben minimalen Kollektor-Basis-Durchbruchsspannung für den Transistor 152 zu halten. Dann lassen sich an der Kontaktfläche 96 die größtmöglichen Ausgangssignale abnehmen. Trotz der Verwendung integrierter Elemente in der Rückkopplungsschleife wird das Potential des Arbeitspv nktes sehr genau eingehalten. Die sehr gute Einhaltung der Widerstandsverhältnissc bei integrierten Widerständen stellt sicher, daß die Spannung am Verbindungspunkt der Widerstände 160 und 162 genau proportio- at half the minimum collector-base breakdown voltage for transistor 152 . The greatest possible output signals can then be picked up at the contact surface 96. Despite the use of integrated elements in the feedback loop, the potential of the working point is maintained very precisely. The very good adherence to the resistance ratio in the case of integrated resistors ensures that the voltage at the connection point of the resistors 160 and 162 is exactly proportional.

nal zur Spannung an der Kontaktfläche 96 ist. Normalerweise ist in einer integrierten Schaltung die Knickspannung der Basis-Emitter-Strecke eines Transistors der am genauesten einhaltbare Parameter. Er ändert sich bei verschiedenen integrierten Schaltungennal to the voltage on the contact surface 96. Usually in an integrated circuit the Bend voltage of the base-emitter path of a transistor is the most precisely observable parameter. He changes with different integrated circuits

nicht nennenswert, während sämtliche anderen Parameter in einem weiten Bereich streuen können. Übersteigt die Spannung am Verbindungspunkt der Widerstände 160 und 162 die Summe der Knickspannungennot significant, while all other parameters can vary within a wide range. Exceeds the voltage at the junction of resistors 160 and 162 is the sum of the buckling voltages

der Basis-Emitter-Streeken der Transistoren 150 und 152 um einen kleinen Betrag, dann ergibt sich bei kleinen Spannungsänderungen infolge der sehr hohen Vorwärtssteilheit des bipolaren Transistors 152 eine große Stromzunahme. Dadurch wird die Betriebsspannung an der Kontaktlläche 96 eng bei einem Vielfachen der Basis-Emitter-Übergangs-Knickspannung gehalten.the base-emitter stretch of the transistors 150 and 152 by a small amount, then there is a large current increase with small voltage changes due to the very high forward steepness of the bipolar transistor 152. This maintains the operating voltage on pad 96 closely at a multiple of the base-emitter junction knee voltage.

Die Notwendigkeit einer derartigen Gegenkopplungsstabilisierung des Arbeitspunktes des Transistors 152 ist sehr hervorzuheben. Die der KontaktHäche 158 zugeführte Betriebsspannung ist oft nicht gut geregelt. Bei Fehlen der Gegenkopplung würde der Kollektorstrom des Transistors 152 durch die schlecht tolerierten integrierten Schaltungskomponenten bestimmt. Daher würde der den Widerstand 156 durchfließende Strom großen Schwankungen unterworfen sein. Der Spannungsabfall am Widerstand 156 würde ebenfalls diese starken Schwankungen zeigen, und die Spannung am Kollektor des Transistors 152 könnte nicht stabil auf einem gut definierten Arbeitspunkt gehalten werden. The necessity of such a negative feedback stabilization of the operating point of the transistor 152 is to be emphasized very much. The operating voltage applied to the contact surface 158 is often not well regulated. In the absence of negative feedback, the collector current of transistor 152 would be determined by the poorly tolerated integrated circuit components. Therefore, the current flowing through resistor 156 would be subject to large fluctuations. The voltage drop across resistor 156 would also exhibit these large fluctuations, and the voltage across the collector of transistor 152 could not be kept stable at a well-defined operating point.

Das genaue Verhältnis der Widerstände 160 und 162 wird so gewählt, daß die Ruhegleichspannung an ihrem Verbindungspunkt abzüglich der geringen Gleichspannungsabfälle an den Widerständen 164 und 166 praktisch gleich dem gewünschten Ruhespannungsabfall zwischen Basis des Transistors 150 und Masse ist, also gleich der Summe der Basis-Fmitter-Spannungsabfälle der Transistoren 150 und 152 und dem Spannungsabfall am Widerstand 154. The exact ratio of the resistors 160 and 162 is chosen so that the quiescent DC voltage at their connection point minus the small DC voltage drops at the resistors 164 and 166 is practically equal to the desired no-load voltage drop between the base of the transistor 150 and ground, i.e. equal to the sum of the base transmitters -Voltage drops across transistors 150 and 152 and the voltage drop across resistor 154.

Mit den in der Zeichnung eingetragenen Weiten beträgt der Spannungsabfall am Widerstand 154 näherungsweise 0.08 Volt, der Spannungsabfall am Basis-Emitter-Übergang des Transistors 152 etwa 0,7 Volt (bei einem in Siliciumtechnik ausgebildeten A-Verstärker) und die Spannung am Basis-F.mitter-Über£ani> des Transistors 150 etwa 0.5 Volt. Da die Gleichspannung am Kollektor des Transistors 152 + 15VoIt beträgt, führt ein Widerstaiulsverhältnis von etwa 9: 1 der Widerstände 160 und 162 zu der erforderlichen Gegcnkopplungsspannung von 1.28 Volt (das genaue Verhältnis läßt mc!i aus den i» der Zeichnung angegebenen Werten berechnen).With the widths shown in the drawing, the voltage drop across resistor 154 is approximately 0.08 volts, the voltage drop across the base-emitter junction of transistor 152 is approximately 0.7 volts (for an A-amplifier designed using silicon technology) and the voltage across base-F .mitter over £ ani> of transistor 150 about 0.5 volts. Since the DC voltage at the collector of transistor 152 is + 15Volts, a resistance ratio of about 9: 1 of resistors 160 and 162 leads to the required negative feedback voltage of 1.28 volts (the exact ratio can be calculated from the values given in the drawing). .

Diese Parameter sind so gewählt, daß jede Änderung des Arbeitspunktes am Kollektor des Transistors 152 eine Verschiebungsspannung an der Basis des Transistors 150 von einer solchen Größe zur Folge hat, daß die Gleichspannung am Kollektor stabilisiert wird (diesbezüglich sei erwähnt, daß Schwankungen des den kleinen Widerstand 154 durchfließenden Stromes infolge von Verschiebungen des Arbeitspunktes nur eine geringe Wirkung haben, so daß praktisch ein sich änderndes Gleichspannungspotential am Kollektor des Transistors 152 mit einem praktisch festen Gleichspannungspotential an der Basis des Transistors 150 verglichen wird\ Jegliche Verzerrungen, die andernfalls durch Überschreiten der Kollektordurchbruchsspannung des Transistors oder durch Verringerung seiner Kollektorwechselspannung hervorgerufen werden könnten, werden daher minimal gehalten. These parameters are chosen so that any change in the operating point at the collector of transistor 152 results in a displacement voltage at the base of transistor 150 of such a magnitude that the DC voltage at the collector is stabilized (in this regard, it should be mentioned that fluctuations in the small resistance 154 flowing through current have little effect due to shifts in the operating point, so that practically a changing direct voltage potential at the collector of transistor 152 is compared with a practically fixed direct voltage potential at the base of transistor 150 Transistor or could be caused by reducing its collector AC voltage, are therefore kept to a minimum.

Durch die Stabilisierung der Ruhegleichspannung am Kollektor des Ausgangstransistors 152 in der beschriebenen Art kann günstigerweise eine nicht geregelte Spannungsquelle (mit beispielsweise * 15 % Schwankungen) als Betriebsspannungsquclle für den Transistor 152 und ein mit 10⁰O tolerierter Widerstand für die Stromzufuhr verwendet werden. Dann kann man eine- Ausgangswechsclspannung erreichen, welche bis an die Durchbruchsspannung des Transistors 152 heranreicht, ohne diese jedoch zu überschreiten, selbst wenn die absoluten Werte der Schaltungselemente in einem weiten Bereich streuen. Mit einer derartigen Signalamplitude arbeitet die Tonfrequenzverstärkerröhre 100 (6AQ5) mit ihrem besten Wirkungsgrad. By stabilizing the quiescent DC voltage at the collector of the output transistor 152 in the manner described, an unregulated voltage source (with, for example, * 15% fluctuations) can advantageously be used as the operating voltage source for the transistor 152 and a ^{resistor with a tolerance of 10 0} O for the power supply. An AC output voltage can then be achieved which reaches up to the breakdown voltage of transistor 152 without, however, exceeding this, even if the absolute values of the circuit elements vary over a wide range. The audio frequency amplifier tube 100 (6AQ5) operates at its best efficiency with such a signal amplitude.

Es sei erwähnt, daß der Transistor 150 bei der dargestellten Schaltung auch entfallen kann, wobei dann das Verhältnis der Widerstände 160 und 162 so verändert wird, daß die Gleichspannung an der Basis des Transistors 152 auf einen Wert stabilisiert wird, der praktisch gleich dem Spannungsabfall an seisier Basis-Emitler-Strecke und seinem Emitterwiderstand 154 ist. Vorzugsweise wird jedoch der Transistor 150 eingefügt, da er die Verwendung eines großen Widerstandes 166 zur Erzielung einer hohen Eingangsimpedanz für die Stufe 194 ermöglicht, während der Spannungsabfall über diesen Widerstand auf nur wenige Zehntel Volt beschränkt wird. Wäre die durch den Transistor 150 gegebene Stromverstärkung nicht vorhanden, dann wäre ein kleinerer Widerstand erforderlich, damit seine Toleranzschwankungen nicht zu so großen Änderungen der Ruhespannung an der Basis des Transistors 152 führen, daß die Kollektordurchbruchsspannung überschritten wird.It should be mentioned that the transistor 150 can also be omitted in the illustrated circuit, in which case the ratio of the resistors 160 and 162 is changed so that the DC voltage at the base of the transistor 152 is stabilized to a value which is practically equal to the voltage drop at its base-emitter path and its emitter resistor 154 . Preferably, however, transistor 150 is included because it allows a large resistor 166 to be used to achieve a high input impedance for stage 194 while limiting the voltage drop across that resistor to only a few tenths of a volt. If the current gain given by transistor 150 were not present, then a smaller resistor would be required so that its tolerance fluctuations do not lead to changes in the open-circuit voltage at the base of transistor 152 that are large enough to exceed the collector breakdown voltage.

Das genaue Verhältnis der Widerstände 160 und 162 wird so gewählt, daß die Ruhegleichspannung an ihrem Verbindungspunkt abzüglich der geringen Gleichspannungsabfälle an den Widerständen 164 und 166 praktisch gleich dem gewünschten Ruhespannungsabfall zwischen Basis des Transistors 150 und Masse ist. Das bedeutet, daß sie gleich der Summe der Basis-Emitter-Spannungsabfälle der Transistoren 150 und 152 und des Spannimgsabfalles am Emitterwiderstand 154 ist.The exact ratio of the resistors 160 and 162 is chosen so that the quiescent DC voltage at their connection point minus the small DC voltage drops at the resistors 164 and 166 is practically equal to the desired open-circuit voltage drop between the base of the transistor 150 and ground. This means that it is equal to the sum of the base-emitter voltage drops across transistors 150 and 152 and the voltage drop across emitter resistor 154 .

Bei den in der Zeichnung dargestellten Werten beträgt der Spannungsabfall am Widerstand 154 etwa 0.08 Volt, der Spannungsabfall am Basis-Emitter-Übergang des Transistors 152 etwa 0.7 Volt. Dieser Spannungsabfall ist bei monolithischen Siliciumtransistoren. welche als A-Verstärker arbeiten, üblich, und der Spannungsabfall am Basis-Emitter-Übergang des Transistors 150 etwa 0.5 Volt. Bei einer Gleichspannung am Kollektor des Transistors 152 von + 15VoIt ergibt sich daher bei einem Verhältnis zwischen den Widerständen 160 und 162 von °-: 1 die erforderliche Gegenkopplungsspannung von 1.28 Volt, wobei das genaue Verhältnis aus den in der Zeichnung dargestellten Werten errechnet werden kann. With the values shown in the drawing, the voltage drop across resistor 154 is approximately 0.08 volts, and the voltage drop across the base-emitter junction of transistor 152 is approximately 0.7 volts. This voltage drop is with monolithic silicon transistors. which work as A-amplifier, usual, and the voltage drop at the base-emitter junction of the transistor 150 about 0.5 volts. With a DC voltage at the collector of transistor 152 of + 15VoIt, with a ratio between resistors 160 and 162 of ° -: 1, the required negative feedback voltage of 1.28 volts results, the exact ratio being calculated from the values shown in the drawing.

Diese Parameter sind so gewählt, daß jegliche Veränderung des Gleichspannungsarbeitspunktes am KoI-These parameters are chosen so that any change in the DC voltage operating point at the lektor des Transistors 152 eine Spannungsabweichung an der Basis des Transistors 150 von solcher Größe zur Folge hat, daß die Gleichspannung an seinem Kollektor stabilisiert wird. (Diesbezüglich sei bemerkt, daß Veränderungen des Ruhestromes, welcher durchlektor of the transistor 152 a voltage deviation at the base of the transistor 150 of such magnitude has the consequence that the DC voltage is stabilized at its collector. (It should be noted in this regard that changes in the quiescent current, which through

6n den kleinen Widerstand 154 infolge von Schwankungen des Gleichspannungsarbeitspunktes fließt, nur geringe Auswirkungen hat. so daß praktisch ein sich veränderndes Gleichspannungspotential am Kollektor des Transistors 152 mit einem praktisch festen Gleich6n flows through the small resistor 154 as a result of fluctuations in the DC voltage operating point, has only minor effects. so that practically a yourself changing DC voltage potential at the collector of transistor 152 with a practically fixed DC spannungsputential an der Basis des Transistors 150 verglichen werden kann.) Jegliche Störung, die anderweitig durch Überschreiten der Kollcktordurchbruchsspannung des Tiansistors oder durch Verringerungvoltage potential at the base of transistor 150 can be compared.) Any disturbance that is otherwise caused by exceeding the collector breakdown voltage of the Tiansistor or by reducing it

seiner Ausgangsspitzenspannung auftreten kann, wird dadurch minimal gehalten.its output peak voltage is kept to a minimum.

Durch die erfindungsgemäße Stabilisierung der Ruhegleichspannung am Kollektor des Ausgangstransistors 152 wird die Verwendung einer ungeregelten Spannungsquelle (Schwankungen von ± 15°/o) als Beuiebsspannungsquelle für den Transistor 152 möglich, und es sind beispielsweise Wertabweichungen von lO°/o für den Lastwiderstand zulässig. Auf diese Weise wird eine Ausgangsspitzenspannung erhalten, welche bis an die Durchbruchsspannung heranreicht, ohne diese jedoch zu überschreiten, selbst wenn die absoluten Werte der Bauelemente in der Schaltung in einem weiten Bereich abweichen. Wie bereits erwähnt, arbeitet die Tonendröhre 6AQ5 mit einer solchen Steuersignalamplitude besonders günstig.The inventive stabilization of Quiescent DC voltage at the collector of output transistor 152 is the use of an unregulated Voltage source (fluctuations of ± 15 ° / o) as Voltage source for transistor 152 possible, and, for example, deviations in value of 10% are permissible for the load resistance. To this In this way, an output peak voltage is obtained which reaches up to the breakdown voltage, but without exceeding this, even if the absolute values of the components are in the circuit differ in a wide range. As already mentioned, the clay tube works 6AQ5 with such a control signal amplitude is particularly favorable.

Im Rahmen der Erfindung kann der Transistor 150 auch aus der dargestellten Schaltung fortgelassen werdurch Veränderung desWithin the scope of the invention, the transistor 150 also omitted from the circuit shown by changing the

V?rj£efdeTw£Se 160 und 162 erhalten WeSt derart daß die Gleichspannung an der Basis ? c ταTl52 auf einen Wert stabilisiert wird, der SKh gleich dem Spannungsabfall über seinen £ ^PS Üb und an seinem Lastwider-V? Rj £ efdeTw £ Se 160 and 162 are received in such a way that the DC voltage at the base? c ταTl52 is stabilized to a value, the SKh equal to the voltage drop across its £ ^P S Ub and at its load resistance

io nerer Widerstand erforderlich sein, um Schwankun-be required io nerer resistance to fluctuations

FaSS^¹ASSSFaSS ^ ¹ ASSS

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Integrated amplifier with an amplifier transistor, the collector of which has a resistor is connected to a direct current source, characterized in that the load resistance (160, 162) of the transistor (152) designed in an integrated form, galvanically between the collector and a reference potential (Ground) is connected and provided with a tap that the connection point (contact surface 96) of the collector with the load resistance with the supplying the transistor current external direct current source (158) whose external resistance (156) is greater than the working resistance (160,162) is connected that the tapping of the working resistance (160, 162) via a low-pass filter (164, 170, 166) to the base of the transistor (152), the emitter of which has a ^ n Eiiiillciwidcislaiul (154) to your reference potential lies, is performed and that the tapping of the working resistor (160, 162) is chosen so that the ratio of the working resistance to its reference potential-side partial resistance (162) is not is greater than the ratio of the breakdown voltage of the transistor (152) to the voltage on the series connection of its base-emitter path with its emitter resistor (154).

2. Amplifier according to claim 1, characterized in that that of the direct current source (158, 156) the supplied current is more than twice as large as the working resistance (160, 162) current flowing through it.

3. Amplifier according to claim 1, characterized in that the collector quiescent DC voltage is stabilized at approximately half the value of the breakdown voltage of the transistor (152).

4. Amplifier according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the voltage drop between the base and emitter of the transistor (152) greater than the voltage drop across its emitter resistance (154) is.

5. Amplifier according to one of the preceding claims, characterized in that the Transistor (152) is preceded by a second transistor (150) whose output electrode (emitter) is connected to the base of the first transistor (152) and on the input electrode of the Low pass (164, 170, 166) is performed.

6. Amplifier according to claim 1, characterized in that the amplifier transistor (152) a precursor transistor (150) connected as an emitter amplifier is connected upstream, the emitter of which is directly connected to the base of the amplifier transistor (152) and on its base of the two series resistors (164,166) and a transverse capacitance (170) containing low-pass filter from the tapping point of the working resistor (160, 162) is performed that the external direct current source a SpaniHingsquelle (158) of higher voltage than the breakdown voltage of the amplifier transistor (152) and a series resistor (156) and that the ratio of the partial resistances (160, 162) of the working resistance is selected so that the DC voltage when fed back to the base of the second transistor (150) is practical equal to the sum of the voltage drops between the base and emitter of the two transistors (150, 152) and at the emitter resistor (154).

7. Amplifier according to claim 6, characterized in that that the first current source (+) supplies a regulated voltage, while the second Current source (158) supplies an unregulated voltage, and that the first and de; second transistor (150, 152) as well as the second and fifth resistance (159, 164) also in the integrated Circuit are formed.