DE2136061B2 - Stromverstaerkerschaltung - Google Patents

Description

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(+V), einen Ausgangsanschluß 18, einen Bezugs- Zwischen die zusammengeschalteten Kollektoren Spannungsanschluß (Masseanschluß) 20 und einen der Transistoren 26 und 42 und den Schaltungspunkt Vorstromanschluß 22. Die Eingangsanschlüsse 12 46 ist eine Stromverstärkungsanordnung mit einer und 14 sind an einen Differenzverstärker 24 mit zwei Kaskade von pnp-Emitterfolgertransistoren 48 und emittergekoppelten npn-Transistoren 26 und 28 an- 5 50 in Rückkopplungsschaltung geschaltet. Die Trangeschlossen. Eine npn-Transistorstromquelle 30 be- sistoren 48 und 50 sind als Darlington-Verstärker liefert die Transistoren 26 und 28 mit Betriebsstrom ausgelegt, wobei die Basis (Eingang) des Transistors entsprechend dem am Vorstromanschluß 22 einge- 48 mit den zusammengeschalteten Kollektoren der speisten Strom. Die Stromquelle 30 besteht aus Transistoren 26 und 42 verbunden und der Emitter einem herkömmlichen Stromverstärker mit einem als io des Transistors 50 mit dem Schaltungspunkt 46 verDiode geschalteten Eingangstransistor 32 und einem bunden ist. Die Kollektoren der Transistoren 48 und Ausgangstransistor 34. Die Basis-Emitterkreise der 50, an denen der Ausgangsstrom erzeugt wird, sind Transistoren 32 und 34 sind parallel zwischen den an den Eingangspunkt 52 der Stufe 40 angeschlos-Vorstromanschluß 22 und den Masseanschluß 20 ge- sen.

schaltet. Die Transistoren 32 und 34 sind im wesent- 15 Zwischen die Basen der Transistoren 48 und 50 ist

liehen identisch und verstärken den am Vorstroman- ein im wesentlichen einwegleitendes (nur in einer

schluß.22 eingespeisten Vorstrom um den Faktor 1. Richtung stromleitendes) Element in Form des Ba-

Zwischen die Kollektoren der Transistoren 26 und sis-Emitterübergangs eines npn-Transistors 54 ge-28 einerseits und den Betriebsspannungsanschluß 16 koppelt. Der Kollektor des Transistors 54 ist mit seiandererseits ist je ein erfindungsgemäßer Stromver- 20 ner Basis verbunden. Der Basis-Emitterübergang des stärker 36 bzw. 38 als aktive Lastschaltung geschal- Transistors 54 ist so gepolt, daß er den Strom von tet. Die Stromverstärker 36 und 38 werden im einzel- den zusammengeschalteten Kollektoren der Transinen nachstehend beschrieben. Die Ausgangsströme stören 26 und 42 in der umgekehrten Richtung durch der Stromverstärker 36 und 38 werden in einer übli- den Basis-Kollektorübergang des Transistors 50 !eichen Pegelschieber- und Signalvereinigungs-Strom- 25 tet.

verstärkerstufe 40, die an den Masseanschluß 20 an- Der Stromverstärker 38 ist im wesentlichen idengeschlossen ist, vereinigt. Die aus einer Dioden-Tran- tisch ausgebildet wie der Stromverstärker 36 und entsistorkombination bestehende Stufe 40 bildet aus den hält einen als Diode geschalteten pnp-Transistor 56, Ausgangsströmen der Stromverstärker 36 und 38 ein einen pnp-Transistor 58, zwei in Darlington-Schaleintaktiges Ausgangssignal, das am Ausgangsan- 30 tung ausgelegte pnp-Transistoren 60 und 62 und Schluß 18 abgenommen wird. Die Stufe 40 besteht einen als Diode geschalteten npn-Transistor 64. Die aus einem als Diode geschalteten npn-Transistor zusammengeschalteten Kollektoren der Transistoren 40 a, einem im wesentlichen identischen Transistor 60 und 62, an denen der Ausgangsstrom erzeugt 40 b, dessen Basis-Emitterübergang mit dem des wird, sind mit dem Ausgangsanschluß 18 verbunden. Transistors 40a parallel geschaltet ist, und einem 35 Im Betrieb der Anordnung nach Fig. 1 wird der npn-Rückkopplungstransistor 40 c, der mit seinem Stromquelle 30 über den Vorstromanschluß 22 ein Eingangskreis (Basis-Emitterkreis) zwischen den Betriebsgleichstrom zugeleitet. Bei fehlenden EinKollektor des Transistors 40 b und die Basen der gangssignalen verteilt sich dieser Betriebsstrom zu im Transistoren 40 α und 40 b geschaltet ist. Der Aus- wesentlichen gleichen Teilen auf die Transistoren 26 gangskreis (Emitter-Koliektorkreis) des Transistors 40 und 28. Im wesentlichen der gesamte am Kollektor 40 c ist an den Ausgangsanschluß 18 angeschlossen. des Transistors 26 auftretende Ruhebetriebsgleich-

Der Stromverstärker 36 enthält zwei pnp-Transi- strom fließt über die Kollektor-Emitterstrecke des stören 42 und 44, deren Basis-Emitterübergänge par- Transistors 42 des Stromverstärkers 36 zur Betriebsallel geschaltet und deren Emitter an den Betriebs- Spannungsquelle (+ V). Ein verhältnismäßig kleiner Spannungsanschluß (4- V) 16 angeschlossen sind. 45 Stromanteil gelangt auch zur Basis des Transistors Die zusammengeschalteten Basen der Transistoren 48, der seinerseits den Transistor 50 mit einem ver-42 und 44 sind ferner direkt mit dem Kollektor des stärkten Strom beschickt. Vom Transistor 50 gelangt Transistors 44 am Schaltungspunkt 46 verbunden. der Verstärkte Gleichstrom zu den zusammenge-Die Transistoren 42 und 44 haben proportionale Lei- schalteten Basen des als Diode geschalteten Transitungseigenschaften, und es sei hier vorausgesetzt, daß 50 stors 44 und des Transistors 42. Der den Basen der sie in der Geometrie ihrer Basis-Emitterübergänge im Transistoren 42 und 44 zugeleitete Strom ist so groß, wesentlichen identisch sind. In diesem Fall arbeitet daß der Kollektorruhestrom des Transistors 42 annäder Stromverstärker 36 mit einem Stromverstär- hemd gleich dem Kollektorruhestrom des Transistors kungsfaktor von im wesentlichen 1. Statt dessen kann 26 ist (d. h. die Summe der Ströme am Schaltungsauch der Basis-Emitterübergang des Transistors 44 55 punkt 66 null ist). Wenn die Transistoren 42 und 44 größer oder kleiner als der des Transistors 42 sein, im wesentlichen identisch sind, ist der Ausgangsso daß sich entsprechend eine Stromverstärkung er- strom an den zusammengeschalteten Kollektoren der gibt, die größer oder kleiner als 1 ist. Oder es können Transistoren 48 und 50 annähernd gleich dem Kolzusätzliche als Diode geschaltete Transistoren mit lektorstrom des Transistors 26. Ebenso ist der KoI-dem Transistor 44 parallel geschaltet sein, so daß 60 lektorruhestrom des Transistors 28 im wesentlichen sich eine Stromverstärkung ergibt, die größer als 1 ist; gleich dem Ruheausgangsstrom der Transistorkombioder es können gleiche Transistoren mit dem Transi- nation 60 und 62. Wenn die Transistoren 40 α und stör 42 parallel geschaltet sein, in welchem Falle die 40 b der Stufe 40 im wesentlichen identisch sind Stromverstärkung kleiner als 1 ist. Vorzugsweise (Verstärkungsfaktor 1), ist der Kollektorruhestrom sorgt man auch dafür, daß die Transistoren 42 und 65 des Transistors 40 c im wesentlichen gleich der 44 den gleichen Wärmeeinflüssen ausgesetzt sind, in- Summe der Kollektorruheströme der Transistoren 60 dem man sie z. B. dicht beieinander auf dem inte- und 62, so daß der Ruheausgangsstrom am Ausgrierten Schaltungsplättchen 10 anbringt. gangsanschluß 18 null ist.

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Wenn einem oder beiden der Eingangsanschlüsse dert, der so gepolt ist, daß er für Signale, die auf

12 und 14 Signale zugeführt sind, werden diese Si- Grund ihrer Polarität den Transistor 48 in den ge-

gnale von den Transistoren 26 und 28 verstärkt. Die sperrten Zustand steuern, leitend ist. Im leitenden

differentiell verknüpften verstärkten Signale werden Zustand leitet der Transistor 54 die im Basis-Kollek-

über die Darlington-Verstärker 48, 50 bzw. 60, 62 5 torübergang des Transistors 50 gespeicherte Ladung

auf die zusammengeschalteten Basen der Transisto- ab und bildet einen Ableitweg für den Leckstrom, so

ren 42, 44 bzw. der Transistoren 56, 58 gekoppelt. daß der Transistor 50 sowie die gesamte Darling-

Die Kollektorströme der Transistoren 42 und 58 an- ton-Stufe 48 verhältnismäßig schnell abgeschaltet

dem sich daher ebenso wie die Kollektorströme wird.

(Ausgangsströme) der Darlington-Verstärker 48, 50 io Durch das Vorhandensein des Transistors 54 bzw. und 60, 62. Die Ausgangssignale der Transistoren des Transistors 64 wird daher der Frequenzgang der 48, 50 gelangen zur Stufe 40 und werden dort mit Stromverstärker 36 und 38 sowie die Temperaturabden Ausgangssignalen der Transistoren 60, 62 ver- hängigkeit dieses Frequenzganges verbessert.
einigt, so daß am Ausgangsanschluß 18 ein eintakti- Wie bereits erwähnt, ist das Verhältnis zwischen ges Ausgangssignal erzeugt wird. Schwankungen der 15 dem Kollektorstrom des Transistors 26 (Eingang des dem Anschluß 16 zugeleiteten Speisespannung (+V) Verstärkers 36) und den vereinigten Kollektorströhaben nur einen vernachlässigbar kleinen Einfluß auf men der Transistoren 48 und 50 (Ausgang des Verdie Arbeitsweise der Schaltung, insbesondere auf die stärkers 36) im wesentlichen 1, wenn die Transisto-Arbeitsweise der Stromverstärker 36 und 38. So liegt ren 42 und 44 im wesentlichen identisch und den im Stromverstärker 36 die Speisespannung (+V) an 20 gleichen Umgebungseinflüssen ausgesetzt sind. Wie der Reihenschaltung der Emitter-Basisstrecke des man aus der Schaltungsanordnung ersieht, ist dieses Transistors 44, der Emitter-Kollektorstrecke des Verhältnis bis zu einem gewissen Grade vom /?-Wert Transistors 50, der Basis-Emitterstrecke des Transi- der vorhandenen pnp-Transistoren (oder ihrer Äquistors 40 c und der parallelgeschalteten Basis-Emitter- valente) abhängig. Tatsächlich steigt die effektive strecken der Transistoren 40 α und 40 b. Da die Ba- 25 Stromverstärkung des Verstärkers 36 (oder 38) über sis-Emitterspannungen der Transistoren 44, 40 a, den Wert 1 an, wenn der /S-Wert der pnp-Transisto-40 b und 40 c im wesentlichen konstant sind, erschei- ren 42, 44, 48, 50 abnimmt. Bei der vorliegenden nen Schwankungen der Speisespannung an der KoI- Ausführungsform wird auf Grund dieser Tatsache lektor-Emitterstrecke des Transistors 50. Da der die Gesamtverstärkung des Verstärkers 24 bei Transistor 48 in Darlington-Schaltung mit dem Tran- 30 schwankenden Betriebsströmen verhältnismäßig konsistor 50 gekoppelt ist, ist die effektive Kollektor- stant gehalten, da die Stromverstärkung der Transi-Emitterimpedanz der Transistoren 48, 50 größer als stören des Verstärkers 24 bei abnehmendem Bedie des Transistors 50 allein sowie hinlänglich groß, triebsstrom abnimmt. Die abnehmende Stromverstärdaß Änderungen der Kollektor-Emitterspannung kung des npn-Transistors und die zunehmende einen vernachlässigbar geringen Einfluß auf den 35 Stromverstärkung der Stromverstärker heben sich ge-Λ-Wert (gemeinsame Basisstromverstärkung) der genseitig auf, so daß die Gesamtverstärkung des VerSchaltung haben. Ferner sind etwaige geringfügige stärkers über einen weiten Bereich von unterschiedli-Änderungen des α-Wertes der Transistoren 48 und chen Betriebsströmen verhältnismäßig konstant 50 im Hinblick auf die Gesamtverstärkung der bleibt.

Stromverstärker 36 und 38 von nur sehr geringer Be- 4° Bei der in 2 gezeigten Ausführungsform dient als

deutung. Diese Anordnungen ergeben daher den ge- Einwegleiterelement für die rasche Abschaltung des

wünschten hohen Ausgangswiderstand. Transistors 50' ein npn-Transistor 54', der dem

Es soll jetzt die Arbeitsweise der Transistoren 54 Transistor 54 in F i g. 1 entspricht, jedoch mit seinem und 64 erläutert werden. Wenn das Eingangssignal Kollektor an den Betriebsspannungsanschluß 16 anz. B. am Eingangsanschluß 12 vom Ruhepegel aus- 45 geschlossen ist. Mit dem Transistor 54' wird daher reichend weit absinkt, nimmt der Kollektorstrom des eine größere Verstärkung und ein etwas schnelleres Transistors 26 ab, so daß der Eingangstransistor 48 Schalten erzielt als mit dem Transistor 54.
der Darlington-Stufe 48, 50 gesperrt wird. Wäre der Die erfindungsgemäße Schaltung läßt sich in verTransistor 54 nicht vorhanden, so würde, wenn der schiedener Hinsicht abwandeln und anders ausgestal-Eingangstransistor 48 gesperrt wird, der Transistor 50 ten. Beispielsweise kann man an Stelle der Transisto-50 wegen der in seinem Basis-Emitterübergang ge- ren 44 und 54 auch anderweitige Einwegleiterelespeicherten Ladung sowie auf Grund der Anwesen- mente verwenden. Ferner kann man für die Transiheit eines schwachen Leckstromes weiter leitend. Der stören 48 und/oder 54 zusätzliche Vorspann- oder gespeicherte Ladestrom und der Leckstrom äußern Vorstromelemente, beispielsweise eine oder mehrere sich am Ausgangsanschluß 18 als scheinbares Signal. 55 Dioden vorsehen, um den Schaltvorgang des Transi-Der Transistor 48 bietet keinen Leitungsweg für die stors 50 noch mehr zu verbessern. In Reihe mit dem Ableitung dieser gespeicherten Ladung. Basis-Emitterübergang des Transistors 42 und/oder

Mit ansteigender Temperatur nimmt der Leck- des Transistors 44 kann man einen ohmschen Wider-

strom des Transistors 50 zu, so daß der im Aus- stand vorsehen, um die Eigenschaften dieser Transigangssignal am Ausgangsanschluß 18 auftretende 60 stören noch mehr zu stabilisieren. Schließlich kann

Fehler temperaturabhängig sein würde. man auch anderweitige Bauelemente an Stelle der

Dies wird jedoch durch den Transistors 54 verhin- angegebenen Transistortypen verwenden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 2 Eingangselement, während der andere Transistor an Patentansprüche: seinem Kollektor den gewünschten Ausgangsstrom liefert. Die Schaltungsanordnung kann so abgewan-

1. Stromverstärkerschaltung mit einem ersten delt werden, daß sie mit im wesentlichen fester Transistor, dessen Emitter an einen Pol einer Be- 5 Stromverstärkung (oder Stromabschwächung) arbeitriebsspannungsquelle angeschlossen ist und des- tet, indem man die Basis-Emitter-Übergangsflächen sen Kollektor der Eingangsstrom zugeführt wird, der beiden Transistoren unterschiedlich groß macht, ferner mit einer über die Basis-Emitter-Strecke Die Verstäkrung wird dann im wesentlichen durch des Transistors geschalteten Stabilisierungsdiode das Verhältnis der Basis-Emitterfläche des Ausgangsund einem von seinem Kollektor zu seiner Basis io transistors zur Basis-Emitterfläche des Eingangselegeschalteten Rückführungskreis, der die Basis- ments bestimmt. Bei einem solchen Stromverstärker Emitter-Strecke eines zweiten Transistors enthält, ist für niedrige Werte von β (Basis-Kollektor-Stromdessen Kollektor der zum zweiten Pol der Be- verstärkung der einzelnen Transistoren) die Stromtriebsspannungsquelle zurückgeführte Ausgangs- verstärkung von diesem /?-Wert abhängig. Da der strom entnommen wird, dadurch gekenn- 15 ß-Wert eines Transistors temperaturabhängig ist, ist zeichnet, daß der Rückführungskreis zwi- folglich die Verstärkung eines solchen Verstärkers sehen dem Kollektor des ersten Transistors (42) ebenfalls temperaturabhängig. Ferner haben diese und der Basis des zweiten Transistors (50) die Verstärker einen verhältnismäßig niedrigen Aus-Basis-Emitter-Strecke eines dritten Transistors gangswiderstand, so daß ihre Verstärkung bei Be-(54), dessen Kollektor an ein einen Kollektor- 20 triebsspannungsschwankungen schwankt. In vielen strom ermöglichendes Potential geführt ist, und Anwendungsfällen von Stromverstärkern ist es, daeinen der Basis-Emitter-Strecke antiparallelge- mit die Auswirkungen von Betriebsspannungsändeschalteten pn-übergang enthält. rungen minimalisiert werden, erwünscht, daß der

2. Stromverstärkerschaltung nach Anspruch 1, Ausgangswiderstand größer ist als der bei den Schaldadurch gekennzeichnet, daß der pn-übergang 25 tungen mit zwei Bauelementen erhältliche Wert,
durch die Basis-Emitter-Strecke eines vierten In der deutschen Offenlegungsschrift 1 948 850 ist Transistors (48) gebildet wird. eine Stromverstärkerschaltung mit einem ersten

3. Stromverstärkerschaltung nach Anspruch 1, Transistor vorgeschlagen, dessen Emitter an einen dadurch gekennzeichnet, daß der pn-übergang Pol einer Betriebsspannungsquelle angeschlossen ist durch eine Halbleiterdiode gebildet wird. 30 und dessen Kollektor der Eingangsstrom zugeführt

wird, ferner mit einer über die Basis-Emitter-Strecke des Transistors geschalteten Stabilisierungsdiode und

einem von seinem Kollektor zu seiner Basis geschalteten Rückführungskreis, der die Basis-Emitter-35 Strecke eines zweiten Transistors enthält, dessen Kollektor der zum zweiten Pol der Betriebsspan-

Die Erfindung betrifft eine Stromverstärkerschal- nungsquelle zurückgeführte Ausgangsstrom entnomtung mit einem ersten Transistor, dessen Emitter an men wird. Gegenüber dieser Stromverstärkerschaleinen Pol einer Betriebsspannungsquelle ange- tung besteht die Aufgabe der Erfindung in einer Erschlossen ist und dessen Kollektor der Eingangs- 40 höhung der Ausgangsimpedanz, einer Verbesserung strom zugeführt wird, ferner mit einer über die Ba- des Hochfrequenzverhaltens und einer Vergrößerung sis-Emitter-Strecke des Transistors geschalteten Sta- der Temperaturstabilität.

bilisierungsdiode und einem von seinem Kollektor zu Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch geseiner Basis geschalteten Rückführungskreis, der die löst, daß der Rückführungskreis zwischen dem KoI-Basis-Emitter-Strecke eines zweiten Transistors ent- 45 lektor des ersten Transistors und der Basis des zweihält, dessen Kollektor der zum zweiten Pol der Be- ten Transistors die Basis-Emitter-Strecke eines drittriebsspannungsquelle zurückgeführte Ausgangs- ten Transistors, dessen Kollektor an ein einen Kolstrom entnommen wird. lektorstrom ermöglichendes Potential geführt ist, und Als Stromverstärker ist hier eine Schaltungsanord- einen der Basis-Emitter-Strecke antiparallelgeschalnung bezeichnet, die bei Zuleitung eines Eingangs- 50 teten pn-übergang enthält.

stromes einen diesem direkt proportionalen Aus- Die erfindungsgemäße Stromverstärkerschaltung gangsstrom liefert. Die vorliegende Stromverstärker- eignet sich generell als aktive Last von Verstärkerschaltung läßt sich sowohl mit diskreten Bauelemen- elementen, ist jedoch auch als Spannungspegelverten als auch in integrierter Form aufbauen und ist Schiebungseinheit anwendbar.

besonders gut für letzteres geeignet. 55 Die Erfindung ist im folgenden an Hand der Dar-

Die meisten der bekannten in integrierter Bau- Stellungen von Ausführungsbeispielen näher erläu-

weise hergestellten Stromverstärker arbeiten mit min- tert. Es zeigt

destens zwei Transistoren, die im einfachsten Fall im F i g. 1 das Schaltbild einer integrierten Schaltung,

wesentlichen identisch sind. Die beiden Transistoren welche einen nach der Erfindung ausgebildeten

sind dicht beieinander auf einem einzigen integrierten öo Stromverstärker enthält und

Schaltungsplättchen angeordnet, so daß sie den glei- F i g. 2 eine abgewandelte Ausführungsform des chen Wärmeverhältnissen ausgesetzt sind. Die strom- erfindungsgemäßen Stromverstärkers,
verstärkende Wirkung wird dadurch erhalten, daß In F i g. 1 sind sämtliche im gestrichelten Rechteck die Basis-Emitterkreise der beiden Transistoren par- dargestellten Schaltungselemente auf einem einzigen allel geschaltet sind und der Kollektor des einen 65 integrierten Schaltungsplättchen 10 angebracht.
Transistors direkt an den Verbindungspunkt der zu- Das Schaltungsplättchen 10 hat einen ersten Einsammengeschalteten Basen angeschlossen ist. Der gangsanschluß 12, einen Eingangsanschluß 14, einen eine Transistor arbeitet diodenartig und dient als Anschluß 16 für die Betriebsgleichspannungsquelle