DE2438255A1

DE2438255A1 - Stromverstaerker

Info

Publication number: DE2438255A1
Application number: DE2438255A
Authority: DE
Inventors: Jun Otto Heinrich Schade
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1973-08-09
Filing date: 1974-08-08
Publication date: 1975-02-20
Also published as: AU7211774A; JPS5073549A; FR2240573B1; DE2462423B2; SE7409818L; FR2240573A1; DE2438255B2; BE818633A; NL7410394A; USB387171I5; GB1465499A; AR200615A1; IT1019817B; SE398424B; CA1026436A; DE2462423A1; DE2438255C3; NL178632C; DE2462423C3; BR7406412D0

Description

7728-74/Kö/S

RCA Docket No. : 67,236 2438^55

U3-SN 387,171 ·

Piled: August 9, 1973

RCA Corporation, New York, U.T., V.St.A.

Stromverstärker

Die Erfindung betrifft einen Stromverstärker mit einem Eingang, einem gemeinsamen Anschluß und einem Ausgang sowie mit einem ersten, einem zweiten und einem dritten Feldeffekttransistor, wobei die Emitterelektroden des ersten und des zweiten Transistors gleichstromleitend mit dem gemeinsamen Anschluß, die Gattelektroden des ersten und des zweiten Transistors gleichstromleitend miteinander, die Emitterelektrode des dritten Transistors mit der Kollektorelektrode des zweiten Transistors, die Gattelektrode des dritten Transistors mit dem Eingang und die Kollektorelektrode des dritten Transistors mit dem Ausgang verbunden sind.

Stromverstärker unter Verwendung von Bipolartransistoren, deren Stromverstärkungsfaktor vom Verhältnis der Transkonduktanzen abhängig und von der Durchlaßstromverstärkung der einzelnen Transistoren selbst im wesentlichen unabhängig ist, sind bekannt, Bestimmte dieser bekannten Schaltungsanordnungen, die für Bipolartransistoren entwickelt wurden, lassen sich auch für die Verwendung von Feldeffekttransistoren (FET) vom Anreicherungstyp, beispielsweise Metall-Oxyd-Silicium-Feldeffekttransistoren (MOS-FET), einrichten. Von Interesse sind hier hauptsächlich diejenigen Schaltungsanordnungen, bei denen in der Ausgangsstufe in Kaskode geschaltete Transistoren verwendet werden, da eine solche Ausgangsstufe denjenigen hohen Ausgangswiderstand,

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der im allgemeinen bei einem Stromverstärker erwünscht ist, liefert, obwohl die Transistoren nicht eine optimal flache Ausgangsstrom/Spannungscharakteristik bei fester Eingangsvorspannung aufweisen.

Bei Verwendung von Bipolartransistoren kommen Stromverstärker mit Kaskode-Ausgangsstufe mit Betriebsspannungen aus, die nicht größer sind als das Ein- oder Zweifache des Basis-Emitterspannungsabfalls eines Bipolartransistors (0,6 bis 1,4 Volt bei Siliciumtransistoren). Verwendet man für diese Stromverstärker EETs, so sind die erforderlichen Betriebsspannungen ungefähr ein- oder zweimal so groß wie die Gatt-Emitterspannung der Feldeffekttransistoren.

Da die Emitter-Gattspannung eines herkömmlich vorgespannten FET typischerweise einige Volt, beispielsweise 4 bis 4,5 Volt für 1 Milliampere Stromfluß bei in der Verarbeitung mit ITPN-Bipolartransistoren kompatiblen ZBTs vom Anreicherungstyp, beträgt, sind die für diese Stromverstärkerausführungen erforderlichen Betriebsspannungen in vielen Anwendungsfällen untragbar hoch.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Dreipol-Stromverstärker mit Verwendung von in Kaskode geschalteten Feldeffekttransistoren vom Anreicherungstyp in der Ausgangsstufe zu schaffen, dessen Stromverstärkungsfaktor im wesentlichen unabhängig von der Durchlaßstromverstärkung der einzelnen verwendeten EETs ist und der mit erheblich verringerten Eingangs- und Ausgangsspannungen auskommt.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Stromverstärker der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektorelektrode des ersten Transistors gleichstromleitend mit der Verbindung zwischen den Gattelektroden des ersten und des zweiten Transistors verbunden ist und daß zwischen den Eingang und die besagte Verbindung ein erster Spannungsregler geschaltet ist, der die Spannung zwischen Eingang und besagter Verbindung auf einem Wert hält, der wesentlich

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kleiner ist als die Emitter-Gattspannung eines mit automatischer Gattvorspannungserzeugung arbeitenden Feldeffekttransistors vom gleichen Typ wie dererste, der zweite und der dritte Transistor.

Dadurch wird erreicht, daß die zwischen .dem gemeinsamen Anschluß und einerseits dem Eingang sowie andererseits dem Ausgang des Verstärkers erforderlichen Spannungen kleiner sind als die bei bekannten ΙΈΤ-Verstärkern dieser Art erforderlichen Spannungen.

In Weiterbildung der Erfindung wird ein solcher Stromverstärker als aktive Kollektorlast eines Bipolartransistors verwendet, wodurch eine Verstärkerstufe mit sehr hoher Signalspannungsverstärkung erhalten wird.

In Weiterbildung davon ist die Verwendung einer der genannten Verstärkerstufe nachgeschalteten MOS-InversionBstufe mit komplementären MOS-IETs in direktgekoppelter Kaskade vorgesehen, wodurch eine Verstärkeranordnung erhalten wird, die nicht nur eine hohe Signalspannungsverstärkung, sondern auch ein erhöhtes Ausgangssignal-Ausschwingvermögen bei beschränkten Betriebsspannungen sowie einen erniedrigten Quellenwiderstand im Ausgangskreis aufweist.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Figur 1 und 2 Schaltschemata von Stromverstärkeranordnungen mit in Kaskode geschalteten Transistoren in der Ausgangsatufe, wobei diese Anordnungen herkömmlicherweise mit Bipolartransistoren aufgebaut werden, hier jedoch als mit PETs bestückt dargestellt sind;

Figur 3 das Schaltschema eines erfindungsgemäßen Stromverstärkers, der mit minimaler Betriebsspannung auskommt;

Figur 4 das Schaltschema eines erfindungsgemäßen Stromverstärkers, der für die Polaritätsumkehr von Signalströmen eingerichtet ist; und

Figur 5 das Schaltschema eines Operationsverstärkers in erfindungsgemäßer Ausbildung.

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In Figur 1 hat der Stromverstärker 100 einen gemeinsamen Anschluß 101, der an ein Bezugspotential V-cm-o, anschließbar ist, einen Eingang 103 für die Eingabe eines Eingangsstromes I™ sowie einen Ausgang 105 für die Entnahme eines I^ entsprechenden Ausgangsstromes I_Oüm. Ein FET (Feldeffekttransistor) 107 erhält durch die Emitterfolgerwirkung eines FET 109 eine Kollektor-Gatt-Rückkopplung, durch die der Kollektorstrom des FET 107 auf einen Wert eingeregelt wird, der dem Eingangsstrombedarf "¹IN ^{vom Ein}S^anS ¹°3 entspricht. Die Emitter-Gattspannung Vngio7 des FET 107 wird durch diese regulierende Rückkopplung auf einen Pegel eingestellt, der charakteristisch ist für den speziellen Pegel des Kollektorstroms des FET 107. Dieser charakteristische Spannungspegel, der zwischen Gatt- und Emitterelektrode eines FET 111 gelegt wird, bewirkt, daß dessen Kollektorstrom zum Kollektorstrom des FET 107 im Verhältnis der Steilheiten (Transkonduktanzen) der FETs 111 und 107 steht, wobei dieses Steilheitsverhältnis hauptsächlich von den relativen Geometrien der FETs 111 und 107 abhängt. Der Kollektorstrom des FET 111 bestimmt den Emitterstrom des FET 109. Der Kollektoxstrom des FET 109 ist in seiner Amplitude im wesentlichen gleich dem Emitterstrom dieses FET 109 und somit im wesentlichen gleich dem Kollektorstrom des FET 111.

Der FET 109 erzeugt eine Emitter-Gattspannung ^V(jg-|09» ^die charakteristisch für seinen Kollektorstrompegel ist. Der Eingang 103 wird somit auf eine Spannung, die gleich der Summe von V_n ,,107 und V_nc,._nr. ist, vorgespannt. Die Kollektor-Emitterspannung des FET 109 kann nur bis auf den Wert seiner Sättigungsspannung ^vgATi09 erniedrigt werden, da andernfalls der Kollektorstrom nicht aufrechterhalten werden kann. Damit der Stromverstärker 100 einwandfrei arbeitet, darf daher die Spannung am Ausgang 105 an Vggp am gemeinsamen Anschluß 101 nicht näher herankommen als V^g107 P^lus

In Figur 2 hat der Stromverstärker 200 einen gemeinsamen Anschluß 201, einen Eingang 203 und einen Ausgang 205. Die beiden FETs 207 und 208 haben jeweils eine Rückkopplung in

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Porm einer Direktverbindung zwischen Kollektor und Gatt. Diese Rückkopplung reguliert die Emitter-Kollektorströme dieser beiden PETs so, daß sie gleich dem erforderlichen Eingangsstrom -Ij_n vom Eingang 203 sind. Jeder der EETs 207 und 208 entwickelt eine Emitter-Gattspannung (Vq₃₂₀- bzw. ^V(js208^' ^{äie cIlaralrte}ristisch für den entsprechenden Kollektorstrompegel ist, und unter der Voraussetzung, daß diese PETs zusammenpassen, d.h. gleiche Ausbildung bzw. Geometrie haben, sind die Emitter-Gattspannungen V_&S207 ¹^ ^VGS208 S^leicn· Die Spannung am Eingang . 203 sollte daher Vt^t? nicht näher kommen als die Summe von V_&g20 ^⁰- ^VGS208*

Ein als Verstärker in Gattschaltung arbeitender EET 209 weist einen Kollektorstrom auf, der in seiner Größe gleich dem vom Kollektorstrom eines.PET 211 gelieferten Emitterstrom ist. Das heißt, die PETs 207 und 209 bilden im Hinblick auf die an der Gattelektrode des PET 207 liegenden Emitter-Gattsparmungen eine Kaskodenanordnung. Der Kollektorstrom des PET 211 ist in seiner Größe durch die zwischen Gatt- und Emitterelektrode liegende Spannung Vq._s2o7 b^es'^tilQm'^t und steht zum Kollektorstrom des PET 207 im Verhältnis der Steilheiten der beiden Transistoren, das seinerseits durch die relativen Geometrien der PETs 211 und 207 bestimmt ist. Genau wie im Palle des PET 109 im Stromverstärker 100 sollte auch beim PET 209 die Kollektor-Emitter-Betriebsspannung nicht kleiner sein als seine Sättigungsspannung VgaT209* ^¹⁰⁸⁶ einschränkende Bedingung kann nur dann erfüllt werden, wenn die Spannung am Ausgang 205 dem Bezugspotential VgJj₁, am gemeinsamen Anschluß 201 nicht näher kommt als die Summe von V_GS207 plus V_SAT209*

P-Kanal-MOS-PETs, die sich für den Zusammenbau mit NPN-Bipolartransistoren in ein und derselben integrierten Schaltung eignen, haben V„_s-¥erte von 4 bis 4,5 Volt bei einem Kollektorstrom von 1 Milliampere. Die V_SAT-Werte solcher Transistoren betragen ungefähr 1 bis 2 Volt. Die Stromverstärker 100 und nach Pigur 1 und 2 brauchen daher für ein einwandfreies Arbeiten mindestens 8 bis 9 Volt Spannung zwischen ihrem Eingang und

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gemeinsamen Anschluß sowie mindestens 5 bis 5»5 Volt Spannung zwischen ihrem Ausgang und gemeinsamen Anschluß. Da die für integrierte Schaltungen verfügbaren Betriebsspannungen häufig nicht größer als 10 bis 15 Volt sind, können durch die Mindesterfordernisse der Verstärker 100 und 200 die für die übrige Schaltung verfügbar bleibenden Spannungen ganz erheblich beschränkt werden.

Der Stromverstärker 200 hat gegenüber dem Stromverstärker 100 den Vorteil, daß sein Stromverstärkungsfaktor durch das Verhältnis der relativen Geometrien seiner PETs 207 und 211 besser definiert oder festgelegt ist als der Stromverstärkungsfaktor des Stromverstärkers 100 durch das Verhältnis der relativen Geometrien seiner PETs 107 und 111. Dies kommt daher, daß die Emitter-Kolektorspannungen der PETs 207 und 211 einander im wesentlichen gleich sind, dagegen die Emitter-Kollektorspannungen der Transistoren 107 und 111 nicht. Die Emitter-KoILektorspannung des PET 111 ist um V_&s1qq kleiner als die des PET 107. Beim Stromverstärker 200 sind dagegen die Gattelektroden der PETs 208 und 209 zusammengeschaltet, so daß sie die gleiche Spannung führen. Die Kollektorspannungen der PETs 207 und 211 sind um Vngpno ^bzw· ^νπ·°209 positiver als diese Spannung, und da V_&s208 und V_&s2oq gleich gemacht werden können, ist die gewünschte Gleichheit der Emitter-Kollektorspannungen der Transistoren 207 und 211 erzielbar.

Pigur 3 zeigt einen Stromverstärker 300 in erfindungsgemäßer Ausbildung mit einem gemeinsamen Anschluß 301, einem Eingang 303 und einem Ausgang 305. Ein PET 307 arbeitet mit Kollektor-Gatt-Gegenkopplung (negativer Rückkopplung), wodurch sein Kollektorstrom auf einen Wert eingeregelt wird, der gleich dem Strombedarf -Ij_n am Eingang 303 ist, der über einen Spannungsregler oder -Stabilisator 308 an den Kollektor dieses PET angeschlossen ist. Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel wird am Spannungsregler 308 eine Spannung nV_Opp entwickelt, die der Anzahl η der vorhandenen in Reihe geschalteten Dioden proportional ist, wobei der Wert η so gewählt ist, daß diese

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Spannung erheblich kleiner ist als die Emitter-Gattspannung des EET 307.

Wie oben erwähnt, besteht in Eigur 3 der Spannungsregler 308 aus η in Reihe geschalteten Dioden 308-1 bis 308-n. Diese Dioden sind so gepolt, daß sie durch den Kollektorstrom des EET 307 durchlaßgespannt werden. An jeder der durchlaßgespannten Dioden wird durch den Kollektorstrom des ZBT 307 eine Spannung Vr»™™ erzeugt, so daß der gesamte Spannungsabfall am Spannungsregler 308 gleich nV^-g, wird. Die Gattelektrode des PET 309 hat gegenüber dem Bezugspotential V-mg-n» am Anschluß einen Spannungsunterschied gleich ^0.0307 plus

Die Spannung ^5307 liegt zwischen Gatt und Emitter des FET 311, wodurch in diesem EBT ein Kollektorstrom erzeugt wird, der zum Kollektorstrom des EET 307 im Verhältnis der Steilheiten (Transkonduktanzen)der Transistoren 311 und 307 steht. Dieser Kollektorstrom des FET 311 wird aufgrund der Gattschaltungs-Verstärkerwirkung des PET 309 mit Verstärkungsfaktor 1 auf den Ausgang 305 gekoppelt. Aufgrund des Emitterstromes, den der EET 309 somit vom Kollektor des EET 311 erhält,· erzeugt der EET 309 eine diesem .Stromwert entsprechende Emitter-Gattspannung V_GS50g. Der Emitter des EET 309 führt somit eine Spannung, die gleich ist "^0.5307 P^{lus nV}0EE ^minus ^(3.3309· ^Wenn man voraussetzt, daß ^0.5309 S^le3-^{cl1 v}q-S307 A ⁸^* ³⁰ *^ia"k ^^er Emitter des EET 309 gegenüber dem Bezugspotential Vjvgj, am Anschluß 301 einen Spannungsunterschied gleich im wesentlichen ην_ΟΙ,ρ. Die Anzahl η der Dioden ist so gewählt, daß nV^-g, größer ist als die Sättigungsspannung des EET 3*11. Ein Wert von η gleich 2 bis 4 genügt gewöhnlich.

Die Spannung am Ausgang 305 kann sich dem Bezugspotential Vßgj, am Anschluß 301 bis auf nY_Q^ plus V₃^₃₀₉, der Sättigungs. spannung des EET 309, annähern. Diese Spannung (NV₀I¹E ^{+ V}SAT3O9^ kann nicht mehr als nur 2,5 Volt betragen. Somit verbleibt ein erheblicher Betrag oder Anteil der einer integrierten Schaltungsanordnung mit dem Stromverstärker 300 zugeleiteten Versorgungsspannung für andere Schaltungsteile der Anordnung verfügbar.

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Der Stromverstärker eignet sich für Dünnschicht-MOS-ΙΈΤ-Schaltungen, beispielsweise solche nach der Silicium-auf-Saphir-Technik (SOS). SOS-Transistoren mit N-Kanal weisen erhebliche Kollektorstromanstiege auf, wenn ihre Kollektor-Emitterspannung über 3 bis 3,5 Volt hinaus erhöht wird. Die Kaskoden-Ausgangsstufe mit den Transistoren 311 und 309 liefert einen hohen Ausgangswiderstand, wenn durch geeignete Wahl des durch den Spannungsregler 308 erzeugten Spannungsabfalls die Emitter-Kollektorspannung des Transistors 311 auf einem niedrigen Wert gehalten wird.

Figur 4 zeigt einen Stromverstärker 400, der dem Stromverstärker 300 gleichartig ist, außer daß zwischen den Kollektor des Transistors 307 und die zusammengeschalteten Gattelektroden der MDTs 307 und 311 ein zusätzlicher Spannungsregler 313 geschaltet ist. Dieser Spannungsregler bewirkt, daß beim IET 307 die Emitter-Kollektorspannung niedriger ist als die Emitter-Gattspannung. Die Summe der durch die Spannungsregler 308 und 313 gelieferten geregelten Spannungen ist im wesentlichen gleich V_&S30Q· Somit ist der Kollektor des FET 307 gegenüber der Spannung am Eingang 303, ebenso wie der Kollektor des EET 311 aufgrund der Emitterfolgerwirkung des I¹ET 309, um einen Betrag gleich ^3309 positiv. Da die Kollektorspannungen der FETs 307 und 311 gleich sind und da auch die Emitterspannungen dieser beiden EETs wegen der gemeinsamen Anschaltung der beiden Emitter an den gleichen Schaltungspunkt, nämlich den gemeinsamen Anschluß 301, gleich sind, sind die Emitter-Kollektorspannungen der EETs 307 und 311 im wesentlichen gleich. Der Stromverstärkungsfaktor des Stromverstärkers 400 ist daher durch das Verhältnis der Steilheiten der EETs 307 und 311 bestimmt, das seinerseits durch die Abmessungen der Kanäle dieser Transistoren bestimmt ist, ohne daß durch etwaige Differenzen zwischen den Emitter-Kollektorspannungen dieser EETs ein E_ehler entsteht.

Die Dioden der Spannungsregler 308 und 313 werden typischerweise durch NPN-Transistoren gebildet, bei denen jeweils

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Basis und Kollektor zusamnienges ehaltet sind und als Anode dienen und derEmitter als Kathode dient. Stattdessen kann man auch andere Arten von ]?lächendioden oder Schottky-Dioden verwenden. Auch bestimmte bekannte EPN-Transistor-Spannungsreglei" sind geeignet. Allgemein kann man anstelle der Spannungsregler 308 und 313 beliebige Spannungsquellen mit den entsprechenden Spannungsabfällen verwenden.

Figur 5 zeigt einen Operationsverstärker 500 mit sowohl MOS-J¹ETs als auch Bipolartransistoren. Der Verstärker 5.00 eignet sich für den Einbau in eine einzige monolithisch integrierte Schaltung, wobei zwischen die Anschlüsse B+ und B- eine Betriebsspannung gelegt werden kann.

Der Differenzverstärker 501 arbeitet mit emittergekoppelten ITETs 502 und 503, deren Kollektoren an ein aktives Symmetrierglied mit einem Stromverstärker.504 unter Verwendung von NPN-Bipolartransistoren 505 und 506 angeschlossen sind. Der Differenzverstärker 501 ist von der in der USA-Patentanmeldung Serial No. 318 646 der gleichen Anmelderin (eingereicht am 26.12.1972) im einzelnen beschriebenen Art.

Die zwischen die Anschlüsse 507 und 508 gelegten Eingangssignale werden vom Differenzverstärker 501 differentiell verstärkt, wodurch ein Signal erhalten wird, das an den Basis-Emitterübergang eines in Emitterschaltung arbeitenden EPN-Bipolartransistors 509 gelegt wird. Das zweifach verstärkte Signal, das am Kollektor des Transistors 509 erscheint, wird einer Ausgangsstufe 510 in Form eines Komplementär-MOS-Umkehrverstärkers (CMOS-Umkehrstufe) mit einem P-Kanal-MOS-ίΈΤ 511 und einem N-Kanal-MOS-EET 512 zugeleitet, und diese Ausgangsstufe 510 liefert am Anschluß 513 ein dem zweifach verstärkten Signal entsprechendes Ausgangssignal.

Der Anschluß 514 bildet den Zugang zum Kollektor des Treiberstufen-Transistors 509. Bei Verwendung des Verstärkers 500 in Rückkopplungsschleifen können zwischen die Anschlüsse 514 und 516 kapazitive und ohmsehe Elemente (nicht gezeigt)

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geschaltet werden, um zur Stabilisierung der Schleife den Verstärkungsgrad und die Phasenverschiebung der Ausgangsstufe zu beeinflussen. Die Anschlüsse 515 und 516 sind an die beiden Enden eines Potentiometers anschließbar, dessen Schleifer mit dem B- -Anschluß verbunden ist und das zur Einstellung des Strompegels im Treiberstufen-Transistor 509 dient. Die Dioden 517-521 dienen als Schutzdioden zur Verhinderung bestimmter Überspannungszustände und sind im normalen Betrieb der Schaltung gesperrt (nichtleitend).

Der Widerstand 522 spannt eine Lawinendiode 523 auf den Lawinendurchbruch zwecks Gewinnung einer geregelten Spannung in bezug auf die B+-Spannung. Diese geregelte Spannung wird über einen Widerstand 524 auf den Eingang 525 eines Stromverstärkers 530 gekoppelt, der dem Stromverstärker 300 nach Figur 3 ähnlich ist, jedoch zwei parallele Kaskoden-Ausgangsstufen aufweist, deren eine die vereinigten Emitterströme der Transistoren 502 und 503 liefert und deren andere eine Konstantstrom-Kollektorlast für den Transistor 509 bildet. Die beiden Kaskoden-Ausgangsstufen des Stromverstärkers 530 teilen sich in die gleiche gemeinsame Eingangsstufe, so daß an Schaltungselementen gespart wird. Da ihre EETs 531-534 spannungsgesteuerte Bauelemente mit im wesentlichen keinem Eingangsstrombedarf sind, gibt es keine nachteiligen Wechselwirkungen zwischen den beiden Kaskoden-Ausgangsstufen.

Der Eingangsstrom zum Schaltungspunkt 525 ist mit 100 Mikroampere bemessen, bei welchem Strompegel die Emitter-Gattspannung des HET 535 in der Eingangsstufe des Stromverstärkers 530 sich bei Temperaturanstiegen im wesentlichen nicht ändert. Bei einem Temperaturanstieg um 100° K steigt die Lawinendurchbruchspannung der Diode 523 um 0,3 Volt an. Bei dem gleichen Temperaturanstieg erniedrigt sich der Spannungsabfall an den drei Halbleiter-Plächendioden 536, 537, 538 in der Eingangsstufe des Stromverstärkers 530 um 0,5 Volt. Die Summe dieser Spannungsänderungen, d.h. eine Spannungserhöhung um 0,8 Volt bei dem Temperaturanstieg um 100° K, erscheint am Widerstand

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und ergibt eine im wesentlichen vollkommene Kompensation seines erhöhten Widerstanaswertes. (Der Widerstand 524 wird im gleichen Diffusionsverfahrensschritt wie die Basisgebiete der NPN-Bipolartransistoren hergestellt, wenn die Schaltungsanordnung nach Figur 5 als integrierte Schaltung mit PMOS-NPN-Bipolartransistoren realisiert wird.) ·

Die Wahl der Anzahl der Dioden im Spannungsregler 308 des Stromverstärkers 300 nach Figur 3.kann dann im Hinblick auf die Temperaturkompensation von IouT S^e^^T0^^en werden. Da die Spannung Vn₃ eines FET mit typischer Geometrie bei Kollektorstromwerten über 100 Mikroampere mit ansteigender Temperatur anzusteigen beginnt, ermöglicht die verfügbare Erniedrigung des Spannungsabfalls der Dioden 308-1...308-n mit ansteigender Temperatur eine Temperaturkompensation von Ιη·™ in manchen Inwendungsfällen, wo bei den Schaltungsanordnungen nach Figur 1 und 2 eine solche Kompensation unmöglich wäre. Dieser Vorteil der Schaltung nach Figur 3 kann sich selbst dann bemerkbar machen, wenn b-Vqff den Wert von ^Q.5309 übersteigt.

Aufgrund der durch die Erfindung ermöglichten niedrigeren Spannung an den in Kaskode geschalteten FETs 531 und 532 des Stromverstärkers 530 kann den Eingängen 507 und 508 des Differenzverstärkers 501 ein größeres Gleichtaktsignal zugeleitet werden.

Aufgrund der durch die Erfindung ermöglichten erniedrigten Spannung an den in Kaskode geschalteten FETs 533 und 534 des Stromverstärkers 530 kann die Kollektorspannung des Treiberstufen-Transistors 509 über einen größeren Teil des Spannungsbereiches zwischen B- und B+ ausschwingen. Dieser Umstand, in Verbindung mit der.Verwendung einer CMOS-Umkehr-Ausgangsstufe, die eine Signalspannungsverstärkung aufweist, statt einer Emitterfolger-Ausgangsstufe, die keine solche Verstärkung aufweist, ermöglicht Ausschwingungen oder Schwingamplituden der Ausgangssignalsp.annung am Ausgang 513 über im wesentlichen den gesamten Spannungsbereich von B- bis B+. Ferner kann aufgrund

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der hohen lastimpedanz, die am Kollektor des EET 534 dem Kollektor des Transistors 509 dargeboten wird, und aufgrund der hohen Transkonduktanz des NPN-Bipolartransistors die Treiberstufe eine sehr hohe Spannungsverstärkung, nämlich in der Gegend von 8000, aufweisen. Der P-Kanal-MOS-Transistor 534 ergibt eine bessere aktive Last als ein lateraler PNP-Bipolartransistor, da er weder die Frequenzbeschränkungen noch die nichtlineare Stromverstärkung, die für einen lateralen PNP-Bipolartransistor typisch sind, aufweist. Somit stellt der Stromverstärker einen neuen Grundbaustein dar, der sich für den Aufbau einer verbesserten kombinierten Operationsverstärkertreiber- und -Endstufenanordnung eignet.

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Claims

Patentansprüche

1. Stromverstärker mit einem Eingang, einem gemeinsamen Anschluß und;, einem Ausgang sowie mit einem ersten, einem zweiten und_ einem dritten Feldeffekttransistor, wobei die Emitterelektroden des ersten und des .zweiten Transistors gleichstromleitend mit. dem gemeinsamen Anschluß, die Gattelektroden des ersten und des zweiten Transistors gleichstromleitend miteinander, die Emitterelektrode des dritten Transistors mit der Kollektorelektrode des zweiten Transistors, die Gattelektrode des dritten Transistors mit dem Eingang und die Kollektorelektrode des dritten Transistors mit dem Ausgang verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektorelektrode des ersten Transistors (30?; 535) gleichstromleitend mit der Verbindung zwischen den Gattelektroden des ersten und des zweiten (311; 531) Transistors verbunden ist und daß zwischen den Eingang (303ϊ 525) und die besagte Verbindung ein erster Spannungsregler (308; 535, 536, 538) geschaltet ist, der die Spannung zwischen Eingang und besagter Verbindung auf einem Wert hält, der wesentlich kleiner ist als die Emitter-Gattspannung eines mit automatischer Gattvorspannungserzeugung arbeitenden Feldeffekttransistors vom gleichen Typ wie der erste, der zweite und der dritte (309» 532) Transistor.

2. Stromverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Spannungsregler (308; 536,537*538) eine Anzahl von Dioden enthält, die in Eeihe zwischen die besagte Verbindung und, den Eingang (303; 525) geschaltet und so gepolt sind, daß sie durch den Kollektorstrom des ersten Transistors (307; 535) durchlaßgespannt werden.

3. Stromverstärker nach Anspruch 2, gekennzei chnet durch eine Lawinendiode (523), die mit ihrer ersten Elektrode an den gemeinsamen Anschluß (B+) angeschlossen ist; durch eine an die zweite Elektrode der lawinendiode an-

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geschlossene Stromquelle (522, B-) infeolcher Polung, -daß durch den von ihr abgegebenen Stromfluß die Lawinendiode im Sperrdurchbruch gehalten wird; und durch ein die zweite Elektrode der lawinendiode mit dem Eingang (525) verbindendes Widerstands, element (524), wobei durch das Zusammenwirken der Koeffizienten der temperaturabhängigen Änderung der Emitter-Kollektorspannung des ersten Transistors (535), der Spannungsabfälle der durehlaß gespannten Dioden (536, 537, 533) des ersten Spannungsreglers, der Sperrdurchbruchsspannung der Lawinendiode.(523) und des Widerstandswertes des Widerstandselementes (524) die gegenseitigen Auswirkungen auf die Änderung des Kollektorstromes des dritten Transistors (532; 534) mit Temperaturänderungen kompensiert werden.

4. Stromverstärker nach Anspruch 1, dad u r c h gekennze i ohne t , daß die Kollektorelektrode des ersten Transistors (307) mit derbesagten Verbindung gleichstrom mäßig über einen zweiten Spannungsregler (313) verbunden ist, der im Zusammenwirken mit dem ersten Spannungsregler (308) die Spannung zwischen der-Kollektorelektrode des ersten Transistors und dem Eingang (303) auf einem der Emitter-Gattspannung des dritten Transistors (309) im wesentlichen gleichen Wert hält.

5. Stromverstärker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Spannungsregler (313) eine Anzahl von Dioden (313-1...313-4) enthält, die in Reihe zwischen die Kollektorelektrode des ersten Transistors (307) und die besagte Verbindung geschaltet und so angeordnet sind, daß sie durch den Kollektorstrom des ersten Transistors in den leitenden Zustand gespannt werden.

6. Stromverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektorelektrode des ersten Transistors (307; 535) direkt mit der besagten Verbindung verbunden ist.

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7. Stromverstärker nach Anspruch 1, d a 4 u r c h gekennzeichnet, daß in Kombination mit ihm vorgesehen sind: eine zwischen den Eingang (525) und den gemeinsamen Anschluß (B+) des Stromverstärkers geschaltete Stromquelle (522, 523, 524); ein mit seinem Kollektor an den Ausgang (514) des Stromverstärkers angeschlossener Bipolartransistor (509), der bei Stromfluß aus der Stromquelle vom Ausgang des Stromverstärkers einen Ruhestrom empfängt; eine an den Basis-Emitterübergang des Bipolartransistors angeschaltete Vorspannungsund Eingangssignalquelle (501); und eine zwischen den gemeinsamen Anschluß des Stromverstärkers und die Emitterelektrode des Bipolartransistors geschaltete Betriebsspannungsquelle

8. Stromverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennze i ohne t, daß in Kombination mit ihm vorgesehen sind: ein vierter Feldeffekttransistor (511) vom gleichen Leitungstyp wie der erste, der zweite und der dritte Feldeffekttransistor (535, 533, 534) und ein fünfter Feldeffekttransistor (512) vom dazu komplementSren Leitungstyp, wobei der vierte und der fünfte Feldeffekttransistor mit ihrer Gattelektrode direkt an den Ausgang (514) des Stromverstärkers angeschlossen und mit ihren Kollektorelektroden zusammengeschaltet sind, um ein dem Eingangssignal entsprechendes Ausgangssignal zu liefern, und wobei der vierte Feldeffekttransistor mit seiner Emitterelektrode an den gemeinsamen Anschluß (B+) des Stromverstärkers und der fünfte Feldeffekttransistor mit seiner Emitterelektrode an die Emitterelektrode eines Bipolartransistors (509) angeschlossen sind.

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