DE19645821A1

DE19645821A1 - Schaltungsanordnung mit wenigen Transistoren

Info

Publication number: DE19645821A1
Application number: DE1996145821
Authority: DE
Inventors: Reinhard Meschenmoser
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1996-11-07
Filing date: 1996-11-07
Publication date: 1998-05-28

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung für einen Kleinsignalverstärker mit wenigen Transistoren nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon bekannt, Verstärkerschaltungen mit Hilfe von Operationsverstärkern zu realisieren. Wird versucht, Operationsverstärker für eine hohe Grenzfrequenz einzusetzen, dann steigt der Versorgungsstrom entsprechend hoch an. Ein Einsatz in ein Batteriegerät, bei der nur eine Batterie mit kleiner Kapazität verwendbar ist und die darüber hinaus eine lange Lebensdauer von vielen Jahren haben soll, ist daher nicht immer möglich. Bekannt sind auch integrierte analoge Schaltungen mit wenigen Transistorfunktionen, die für andere Anwendungsbereiche verwendbar sind. Derartige Schaltungsanordnungen benötigen ebenfalls einen relativ hohen Versorgungsstrom, so daß sie für Geräte mit geringer Batteriekapazität unter den oben genannten Bedingungen nicht unbedingt verwendbar sind.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß nur Transistoren verwendet werden, die zur Verstärkung von Kleinsignalparametern benötigt werden. Weitere Transistoren, beispielsweise zur Kompensation von Temperatureinflüssen oder Offsetspannungen sind nicht erforderlich. Dadurch ist die Schaltungsanordnung besonders einfach und preiswert herstellbar.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführen Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbindungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Schaltungsanordnung möglich. Günstig ist, daß je nach Dimensionierung der Widerstände R1 bis R3 die Stromaufnahme extrem niedrig ist und dennoch ein großes Gewinn-Bandbreitenprodukt erreichbar ist. Bei bekannten Schaltungsanordnungen sind diese Vorteile nicht erreichbar. Besonders vorteilhaft ist, daß die Schaltungsanordnung mit nur wenigen Bauteilen aufgebaut ist und daher in der Herstellung besonders preiswert ist. Weiterhin ist vorteilhaft, daß durch Vorschalten eines einfachen Widerstandes in den Eingangskreis die Verstärkung der Schaltungsanordnung leicht einstellbar ist. Ebenso vorteilhaft läßt sich das Gewinn-Bandbreitenprodukt bei geeigneter Dimensionierung des Emitterwiderstandes des zweiten Transistors vorgegeben.

Mit ihrer einfachen Ausbildung ist die Schaltungsanordnung besonders einfach integrierbar und vorzugsweise in ein Standardgehäuse einbaubar. Eine externe Beschaltung mit zusätzlichen Widerständen ist dabei nicht erforderlich.

Auch ist günstig, daß mehrere Schaltungsanordnungen kaskadierbar sind, so daß eine entsprechend große Verstärkung erreichbar ist. Bis zu drei Schaltungsanordnungen können beispielsweise in ein achtpoliges DIP- oder SOT-Gehäuse eingebaut werden. Man erhält dadurch eine einfaches Bauteil, das sich bei der weiteren Verarbeitung gut handhaben läßt.

Eine bevorzugte Anwendung sind Batteriegeräte, wie sie im Kraftfahrzeug beispielsweise im Zusammenhang mit der Telekommunikation verwendbar sind.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Stromlaufplan eines Ausführungsbeispiels,

Fig. 2 zeigt eine Kaskadenschaltung,

Fig. 3a zeigt eine bekannte Verstärkerschaltung mit externen Bauteilen,

Fig. 3b zeigt die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung in einem DIP-Gehäuse und

Fig. 4 zeigt ein Diagramm.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Fig. 1 zeigt einen Stromlaufplan des Ausführungsbeispiels, bei dem ausgesuchte Transistoren T1, T2 derart geschaltet sind, daß ihre Kollektor- und Emitterstromkreise parallel zu einer Batterie U_B verbunden sind. Der Kollektor C1 des ersten Transistors T1 ist über einen ersten Widerstand R1 mit dem Pluspol der Batterie U_B sowie mit der Basis B2 des zweiten Transistors T2 verbunden. Der Emitter E1 des ersten Transistors T1 ist auf den Minuspol der Batterie U_B geschaltet. Als Eingang E dient die Basis B1 des ersten Transistors T1. Der Basis B1 ist zur Einstellung der Verstärkung ein vierter Widerstand R4 vorschaltbar. Der Kollektor C2 des zweiten Transistors T2 ist direkt mit dem Pluspol der Batterie U_B geschaltet, während sein Emitter E2 über einen dritten Widerstand R3 mit dem Minuspol der Batterie U_B geschaltet ist. Der Emitter E2 ist des weiteren über einen zweiten Widerstand R2 mit der Basis B1 der ersten Transistors T1 verbunden. Ferner ist der Emitter E2 des zweiten Transistors T2 mit einem Ausgang A verbunden, über den das verstärkte Wechselspannungssignal angreifbar ist.

Bei einem Versuchsaufbau mit Transistoren S852T der Firma Temic wurden folgende Werte erzielt: Bei einer Versorgungsspannung mit einer Lithium-Batterie von 3 V und Widerständen R1 = 680 kΩ, R2 = 1 MΩ und R3 = 560 kΩ ergab sich eine Verstärkung von 35 dB und ein Gewinn- Bandbreitenprodukt von 1,1 MHz. Der Versorgungsstrom dieser Schaltung beträgt ca. i = 4 µA (Ruhestrom). Im Diagramm der Fig. 4 entsprechen die Meßwerte dem Punkt A.

Bei einer alternativen Dimensionierung mit R1 = 22 kΩ, R2 = 100 kΩ und R3 = 10 kΩ wurde eine Spannungsverstärkung von 35 dB und ein Gewinn-Bandbreitenprodukt von 50 MHz erreicht. Der Versorgungsstrom dieser Schaltungsanordnung beträgt i = 150 µA. Dieser zweite Meßpunkt B ist ebenfalls im Diagramm der Fig. 4 eingetragen. Da für die Schaltungsordnung nur 4 Anschlüsse benötigt werden, können diese in ein einfaches vierpoliges Dual-Inline-Gehäuse aus Plastik oder Keramik (DIP oder DIC) oder in ein entsprechendes SOT-Gehäuse 143 eingebaut werden. Somit kann ein einfacher Wechselspannungsverstärker mit nur wenigen Bauelementen vorteilhaft als integrierte Schaltung realisiert werden. Bei der integrierten Schaltung kann durch externes Schalten eines Widerstandes zwischen den Anschlüssen A und -UB das Gewinn-Bandbreitenprodukt verändert werden. Die Schaltungen können entsprechend der Fig. 2 kaskadiert werden. Außer Koppelkondensatoren sind keine weiteren Bauteile erforderlich. Fig. 2 zeigt eine Kaskadenschaltung mit drei in Reihe geschalteten Schaltungsanordnungen, wobei lediglich die Batterie mit dem Pluspol und dem Minuspol durchgeschaltet sind und jeweils ein Ausgang A über einen Kondensator C mit dem Eingang E einer nachfolgenden Stufe verbunden ist. Diese drei Schaltungen sind natürlich auch in einem einzigen Gehäuse, beispielsweise einem achtpoligen DIP oder SOT-Gehäuse (DIP 8 oder SOT 343-Gehäuse) integrierbar.

Die Fig. 3a und 3b zeigen einen Größenvergleich einer bekannten Verstärkerschaltung mit einer erforderlichen externen Beschaltung von Widerständen (Fig. 3a) bzw. die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung (Fig. 3b). Als Versorgungsspannung ist eine Lithium-Batterie mit 3 V vorgesehen.

Fig. 4 zeigt ein Diagramm, bei dem das Gewinn- Bandbreitenprodukt über den Versorgungsstrom aufgetragen ist. Die dargestellte Kurve zeigt einen typischen Verlauf der Abhängigkeit des Gewinn-Brandbreitenprodukts vom Versorgungsstrom i. Die eingetragenen Meßpunkte betreffen das Gewinn-Bandbreitenprodukt von handelsüblichen Operationsverstärkern im Vergleich zu den Meßpunkte A und B der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung. Der Fig. 4 ist weiter entnehmbar, daß bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung das Gewinn-Bandbreitenprodukt vergleichsweise zu den Messungen an den bekannten Operationsverstärkern wesentlich günstiger ist.

Claims

1. Schaltungsanordnung mit Transistoren und Widerständen für einen Kleinsignalverstärker, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung eine minimale Anzahl von Transistoren (T1, T2) aufweist, wobei die verwendeten Transistoren (T1, T2) nur zur Verstärkung von Wechselspannungssignalen dienen und derart geschaltet sind, daß ein großes Gewinn- Bandbreitenprodukt bei niedrigem Versorgungsstrom erzielbar ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß zwei Transistoren (T1, T2) mit ihren Kollektor- und Emitterkreisen (C1, C2, E1, E2) parallel zu einer Batterie (U_B) schaltbar sind, wobei der Kollektor (C1) des ersten Transistors (T1) über einen ersten Widerstand (R1) mit dem Pluspol der Batterie (U_B) sowie mit der Basis (B2) des zweiten Transistors (T2) verbunden ist,
- daß der Emitter (E2) des zweiten Transistors (T2) über einen zweiten Widerstand (R2) mit der Basis (B1) des ersten Transistors (T1) und über einen dritten Widerstand (R3) mit dem Minuspol der Batterie (U_B) verbunden ist und
- daß die Dimensionierung der Widerstände (R1, R2, R3) derart erfolgt, daß für einen vorgegebenen Frequenzbereich der Versorgungsstrom (i) ein großes Gewinn- Bandbreitenprodukt erzielbar ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung zur Verstärkung der Basis des ersten Transistors (T1) ein vierter Widerstand (R4) vorschaltbar ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung der Bandbreite durch Wahl des dritten Widerstandes (R3) erfolgt.

5. Schaltungsanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung als integrierte Schaltung ausgebildet und vorzugsweise in ein Standardgehäuse montierbar ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse ein DIP- oder ein SOT- Gehäuse ist.

7. Schaltungsanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Schaltungsanordnungen in einem Standardgehäuse angeordnet sind.

8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß drei Schaltungsanordnungen in einem DIP 8-Gehäuse angeordnet sind.

9. Schaltungsanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Batterie U_B Lithium-Batterie ist.

10. Schaltungsanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche zur Verwendung in einem elektronischen Gerät.