DE2322466B2

DE2322466B2 - Operationsverstaerker

Info

Publication number: DE2322466B2
Application number: DE19732322466
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl.-Ing. 7000 Stuttgart; Kugelmann Adolf 7250 Leonberg; Streit Klaus Dipl.-Ing. 7500 Tübingen Moder
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1973-05-04
Filing date: 1973-05-04
Publication date: 1976-03-04
Also published as: DE2322466A1; DE2322466C3

Description

15

Die Erfindung betrifft einen Operationsverstärker mit einer Eingangsstufe und einer Auskoppelstufc. bei welchem die Eingangsstufe aus zwei NPN-Transistoren besteht, deren Emitter mit einer Stromquelle verbunden sind, und bei welchem die Auskoppelstufe zwei gleiche, jeweils mit 7wei Kollektoren versehene PNP-Transistoren enthält, deren Emitter mit dem Pluspol einer Versorgungsspannung galvanisch verbunden sind.

Aus der DT-OS I¹MHSS(I ist bereits ein Operationsverstärker mit einer Eingangsstufe und einer Auskoppelstule bekannt, bei welchem die Einganijsstufe aus zwei NPN-Transistoren besteht, deren Emitter mit einer Stromquelle verbunden sind, und bei welchem die Auskoppelstufc eine Stromspiegelschaltung enthält.

Ferner ist aus der DT-OS 2 22ti47i ein Operationsverstärker der eingangs genannten Art bekannt, bei welchem die eisten Kollektoren der beiden PNP-Transistoren der Auskoppelstufe je einen Ausgang des Operationsverstärkers bilden und die zweiten Kollektoren dieser beiden Transistoren jeweils übet einen Widerstand mit der Basis desselben Transistors gegengekoppelt sind. Durch diese Gegenkopplung läßt sich die resultierende Stromverstärkung dieser beiden Transistoren von ihrer ursprünglichen, ohne Gegenkopplung vorhandenen Sl rom verstärkung nicht völlig unabhängig machen. Dies ist deshalb von Nachteil, weil die ursprüngliche Stromverstärkung starken Fertigungsstreuungen unterliegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Operationsverstärker der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei dem insbesondere diese Nachteile beseitigt sind.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß jeweils zwischen den zweiten Kollektor und die Basis der beiden PNP-Transistoren der Auskoppelstufe ein zweiter PNP-Transistor eingeschaltet ist. derart, daß jeweils die Basis des ersten PN!'-Transistors mit dem Emitter des zweiten PNP-Transistors. die Basis des zweiten PNP-Transistors mit dem /weiten Kollektor des ersten PNP-Transistors und mit dem Kollektor eines der beiden NPN-Transistoren der Eingangsstufe verbunden ist und daß jeweils der Kollektor des zweiten PNP-Transistors galvanisch mit dem Minuspol der Versorgungsspannung verbunden ist.

Dadurch wird erreicht, daß die resultierende Stromverstärkung der beiden jeweils aus dem ersten und dem zweiten PNP-Transistor hestehenden Traiisistorkombinationcn der Auskoppelstufe nur noch vom Länecnverhältnis der beiden Kollektoren des er

25

30

40

60 sten PNP-'lransistors dieser beiden Transittorkombinationen abhängt. Dieses LrjngenverhäJtnis unterliegt Fertigungsstreuungen in viel geringerem Maße als die ursprüngliche Stromverstärkung der Transistoren.

An Hand der Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen

Fig. I biv 4 Ausfühnmgsbeispielo von Operationsverstärkern gemäß der Erfindung.

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Operationsverstärkers gemäß -1er Erfindung. Die Verstärkerschaltung nach Fig. 1 besitzt zwei Eingangsklemmen 1 und 2, eine Klemme 3 für ilen Pias pol der Versorgungsspannung, eine Klemme 4 für den Minuspol der Versorgungsspannung und eine Ausgangsklemme 5. Die Eingangsstufe des Operationsverstärkers besteht aus zwei NPN-Transistoren 6 und 7. deren Basen an je eine der beiden Eingangsklemmen 1 und 2 und deren Emitter gemeinsam an eine Stromquelle 8 angeschlossen sind, die mit ihrem zweiten Anschluß an die Klemme 4 angeschlossen ist. Die Auskoppelstufe des Operationsverstärkers enthält zwei gleiche, jeweils mit zwei Kollektoren versehene laterale PNP-Transistoren 13 und 14. deren Emitter galvanisch mit dem Pluspol 3 der Versorgungsspannung verbunden sind. An die Basis des PNP-Transistors 13 ist der Emitter eines PNP-Transistors 15 angeschlossen, dessen Kollektor galvanisch mit dem Minuspol 4 der Versorgungsspannung verbunden ist und dessen Basis sowohl an den zweiten Kollektor des PNP-Transistors 13 als auch an den Kollektor des NPN-Transistors 6 angeschlossen ist. An die Basis des PNP-Transistors 14 ist der Emitter eines PNP-Transistors 16 angeschlossen, dessen Kollektor galvanisch mit dem Minuspol 4 der Versorgungsspannung verbunden ist und dessen Basis sowohl an den /weiten Kollektor des PNP-Transistors 14 als auch an den Kollektor des NPN-Transistors 7 angeschlossen ist.

Der erste Kollektor des PNP-Transistors 14 ist an den Ausgang 5 des Verstärkers angeschlossen. Der erste Kollektor des PNP-Transistors 13 ist mit dem Eingang einer Stromspiegelschaltung verbunden, deren Ausgang ebenfalls mit dem Ausgang 5 des Verstärkers verbunden ist. Die Stromspiegelschaltung besteht aus zwei NPN-Transistoren 11 und 12, wobei der Kollektor des NPN-Transistors 11 den Eingang und der Kollektor des NPN-Transistors 12 <Scn Ausgang der Stromspiegelschaltung bildet. Die Emitter der beiden NPN-Transistoren 11,12 sind mit dem Minuspol 4 der Versorgungsspannung verbunden. Die Basen der beiden NPN-Transistoren 11,12 sind direkt miteinander und mit dem Kollektor des Transistors 11 verbunden.

Die beiden PNP-Transistoren 15 und 16 bringen die Basisströme für die 'Transistoren 13 und 14 auf und vermindern so die Abhängigkeil der Gesamtstromverstärkung von l'cii Stromverstärkungen der beiden PNP-Transistoren 13 und 14. Die PNP-Transistoren 15 und 16 können als Lateraltransistoren oder auch .ils vertikale Substrattransistoren ausgeführt sein.

Die resultierende Stromverstärkung der Transistorkombination 13. 15 bzw. 14, 16 hängt praktisch nur noch vom Längenverhältnis des ersten zum zweiten Kollektor des Transistors 13 bzw. 14 ab. Dieses Verhältnis kann beispielsweise zu 3 gemacht werden.

In Tig. 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines Operationsverstärkers gemäß der Erfindung dargestellt. Die Stromspiegelschaltung 11. 12 der Fig. 1 ist

il.ihei dutch die .ius den dici NPN-Transistoreu 17 18. 19 bestehende Suomspiegeischallung ersetzt. Da bei hildei der Kollektoi des NPN-Transistors 17 den Ritigang und dei Kollektor des NPN-Transistors I¹) {.k'n Ausgang der Stioinspiegelschaltung. I Jit· Hinittei ili r beiden NPN-Ti ansisioren 17 und 18 sind mit dem Minuspol 4 del \ ι i>oigungsspaniniiig verbunden Oil* Rasen der beiden NI¹N Transistoren 17 und IK Mini diiekl iniicmandei und mit dem Kollektor des I lausistois 18 \eilmnilen Del hmittei des Tiansi stors 19 is! an den Kollektor des I ransistois 18 auge si hlossen wahrend die Basis des Transistors 19 an leu Kollektoi des I i.iusistois 17 angeschlossen isi.

Hei den beulen Xuslühiungsbeispielen naeh den I ig. 1 und 2 dai( in folge der hinzugefügten Trans-.sto ι en 15 16 die Fingangsspannung an dei Klemme 1 h/'.v. an dei Klemme 2 gegen die Klemme 4 nur bis auf eine DiodenlluBspannung an die an dei Klemme Λ anliegende positive Vei soiguugsspannuiig hcrangc führt werden Is kann icdoch dei Ausgang 5 bis nahe/u aut die ,in del Klemme 3 anliegende positive Versorgungsspanuung durchschalten.

Damit der Ausgang 5 andereiseits auch bis nahezu aiii das Minuspotenlial an dei Klemme 4 heiunterge sehaltet werden kann, kann man die Stioinspiegel Schaltung 17. 18. 19 in Fig. 2 durch die Schaltung 20. 21. 22 in Fig. 3 ersetzen, bei dei du Basissirömc der Transistorin 20, 21 \oin Fnuitcrtolgei 22 uutgc bracht werden.

Der Kollektor des Transistors 22 kann direkt oder /um Schute hei Überspannungen übei einen Wider -land 23 mit der Yersorpungsspannung \on 3 verbunden werden. Wenn die Schaltung bei hohe ι 1 emperaiiii arbeiten soll, wild zweckmäßig das Resistrom-Ab leitclement 24. das eine Diode odei ein Transistor sein kann, hinzugefügt.

Fine weitere, der Krtiiidung /.ugiunde liegende Aufgabe besieht daiin. eine Aiisgangsstufe zu ergänzen die Iin gioRe Stiomaulnähme bei gioBcm Aus gangsspanmingshub auszulegen ist und die eine einfache iiiul sii here I rei|iienz.gangkorrektur ermöglicht.

In I ig 1 ist entsprechend dieser Aulgabe eine !■,ndstule hinzugefügt, deien Ausgang 5 einen erheblieh giolVren Stiomaul nehme η kann als die Schaltung η Hch I ig }. ('bei den an den bisherigen Ausgangs angesi hlossenen L-.nntteilolgei 25 wird der Fndtiansisloi 2i> angesteuert, dei wegen der [Mitkopplung iibei ilen Wideisiand 27 den Ausgang 5 bis nahezu aut das Minuspotential an dei Klemme 4 herunterschalten kann. Der mit /wei Kollektoren versehene PNI* T ransistoi 28 dient ais Slromspiegel. Der durch den Widerstand 29eingcstelltL'Strom flioKt ubei seine Brtsis und den eisten Kollektor. Der Strom aus dem zweiten KuI Ick lot dient als \ Oi si rom für die I .ndlian sistotcn 25, 26

Diese I ransisioren w ii ken zusammen mit dem au-Lieieiiodei integneiten Kondensator 30 als Millci In tegi.iloi zur I lequeiizgang-Kompensation und behalten n<> auch bei unbelastetem Ausgang die hierhir erloitleiliche Stromxerstiirkung. Der durch den Wi dersiand 29 begrenzte Strom dient gleichzeitig als Relercu/slrom fur die aus den Transistoren 31 und 32 und dem Widerstand 33 gebildete an sich bekannte Stromquelle.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Operationsverstärker mit einer Eingangsstufe und einer Auskoppelstufe, bei welchem die Eingangsstufe aus zwei NPN-Transistoren (6, 7) besteht, deren Emitter mit einer Stromquelle (8) verbunden sind, und bei welchem die Auskoppelstufe zwei gleiche, jeweils mit zwei Kollektoren versehene PNP-Transistoren (13, 14) enthält, deren Emitter mit dem Pluspol (3) einer Versorgungsspannung galvanisch verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwischen den zweiten Kollektor und die Basis der beiden PNP-Transistoren (13, 14) der Auskoppelstufe ein zweiter PNP-Transistor (15, 16) eingeschaltet ist, derart, daß jeweils die Basis des ersten PNP-Transistors (13,14) mit dem Emitter des zweiten PNP-Transistors (15, 16), die Basis des zweiten PNP-Transistors (15, 16) mit dem zweiten KoI-lektor des ersten PNP-Transistors (13, 14) mit dem Kollektor eines der beiden NPN-Transistoren (6, 7) der Eingangsstufe verbunden ist und daß jeweils der Kollektor des zweiten PNP-Transistors (15,16) galvanisch mit dem Minuspol (4) der Vorsorgungsspannung verbunden ist.

2. Operationsverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kollektor eines (14) der beiden mit zwei Kollektoren verseiienen PNP-Trattsistoren (13, 14) der Auskoppelstufe direkt mit dem Ausgang (5) des Verstärkers und der erste Kollektor des anderen (13) der beiden mit zwei Kollektoren versehenen PNP-Transistoren (13,14) der Ausk.oppelstufe mit dem Eingang einer Stromspiegelschaltung verbunden ist. deren Ausgang ebenfalls mit dem Ausgang (5) des Verstärkers verbunden ist.

3. Operationsverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromspiegelschaltung aus zwei NPN-Transistoren (il, 12) besteht, wobei der Kollektor des ersten NPN-Transistors (11) den Eingang der Stromspiegelschaltung (11. 12) und der Kollektor des zweiten NPN-Transistors (12) den Ausgcrg der Stromspiegelschaltung (ll,12)bildet,die Emitter der beiden NPN-Transistoren (11, 12) mit dem Minuspol (4) der Versorgungsspannung verbunden sind und die Basen der beiden NPN-Transistoren (11,12) direkt miteinander und mit dem Kollektor des ersten (11) dieser beiden Transistoren (11, 12) verbunden sind.

4. Operationsverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromspiegelschaltung aus drei NPN-Transistoren (17, 18, 19) besteht, wobei der Kollektor des ersten NPN-Transistors (17) den Eingang der Stromspiegelschaltung (17, 18, 19) und der Kollektor des dritten NPN-Tra.nsistors (19) den Ausgang der Stromspiegelschaltung (17, 18, 19) bildet, der Emitter des ersten NPN-Transistors (17) und der Emitter des zweiten NPN-Transistors (18) mit dein Minuspol (4) der Versorgungsspannung verbunden sind, die Basis des ersten NPN-Ti ansistors (17) an die Basis des zweiten NPN-Transistors (18) und an den Kollektor des zweiten NPN-Transistors 6} (18) angeschlossen ist, der Emitter des dritten NPN-Transistors (19) an den Kollektor des zweiten NPN-Transistors (18) angeschlossen ist und die Basis des dritten NPN-Transisiors (19; an den Kollektor des ersten NPN-Transistors (17) angeschlossen ist.

5. Operationsverstärker nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Stromspiegelschaltung aus drei NPN-Transistoren (20. 21. 22) besteht, wobei der Kollektor des ersten NFN-Transistors (20) den Eingang der Stromspiegelschal lung (20, 21, 22) und der Kollektor des zweiten NPN-Transistors (21) den Ausgang der Stromspiegelschaltung (20. 21. 22) bildet, der Emitter des ersten NPN-Transistors (20) und der Emitter des zweiten NPN-Transistors (21) nut dem Minuspol (4) der Versorgungsspannung \ erblinden ist und die Basen des ersten (20) und zweiten (21) NPN-Transistors direkt miteinander und mit dem Emitter des dritten NPN-Transistors (22) verbunden sind, dessen Basis mit dem Kollektor des ersten NPN-Transistors (20) und dessen Kollektor mit dem Pluspol (3) der Versorgungsspannung verbunden ist.

b. Operationsverstärker nach Anspruch χ dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor des dritten NPN-Transistors (22) der Stromspiegelschaltung (20. 21. 22) über einen Schutzwiderstand

(23) mit dem Pluspol (3) der Versorgungsspunnung verbunden ist.

7. Operationsverstärker nach Anspruch 5 oder (1. dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Basen des eisten (20) und des zweiten (21) NPN-Transistors der Stromspiegelschaltung über ein Element

(24) zur Ableitung von Restströmen mit dem Minuspol (4) der Versorgungsspannung verbunden

S. Operationsverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 7. dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang (5) des Verstärkers eine Endstufe mit einem Leistungsausgang (5) zur Verarbeitung großer Ausgangsströme angeschlossen ist.

9. Operationsverstärker nach Anspruch X, dadurch gekennzeichnet, daß die Endstufe aus zwei NPN-Transistoren (25, 26) besteht, wobei die Basis des ersten NPN-Transistors (25) mit dem Ausgang (5) des Verstärkers, sein Emitter mit der Basis des zweiten NPN-Transistors (26). sein Kollektor galvanisch mit dem Leistungsausgang (5), der Emitter des zwei'en NPN-Transistors (26) mit dem Minuspol (4) der Versorgungsspannung und sein Kollektor mit dem Leistungsausgang (5) verbunden ist, und wobei ferner der Kollektor des ersten NPN-Transistors (25) über eine Stromquelle mit dem Pluspol (3) der Versorgungsspannung verbunden ist.

10. Operationsverstärker nach Anspruch 9. dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle durch einen mit zwei Kollektoren versehenen PNP-Transistor (28) gebildet ist, dessen erster Kollektor den Ausgangsstrom der Stromquelle liefert und dessen zweiter Kollektor zur Einstellung des Referenzstromes erstens galvanisch mit der Basis desselben Transistors (28) und zweitens über einen Widerstand (29) galvanisch mit dem Minuspol (4) der Versorgungsspannung verbunden ist.

11. Operationsverstärker nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzstrom für die Stromquelle der Endstufe gleichzeitig als Referenzstrom für die Stromquelle (8) der Eingangsstufe verwendet wird.

12. Operationsversuiiker nach einem der Ansprüche y bis I I. dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des ersten NPN Transistors (25) der Endstufe über einen Kondensator (30) oder über die Reihenschaltung eines Kondensators mit einem Widerstand mit dem LeistungsL-usgang (5') verbunden ist.

13. Operationsverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 12. dadurch gekennzeichnet, daß er

in monolithisch integrierter Technik ausgeführt m ist.