DE2509013A1

DE2509013A1 - Transistorschaltung mit hoher eingangsimpedanz und kleinem eingangsstrom

Info

Publication number: DE2509013A1
Application number: DE19752509013
Authority: DE
Inventors: Klaus Lehmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1975-03-01
Filing date: 1975-03-01
Publication date: 1976-09-09
Also published as: DE2509013B2

Description

Transistorschaltung mit hoher Eingangsimpedanz und kleinem Eingangsstrom Die Erfindung bezieht sich auf eine Transistorschaltung mit hoher Eingangsimpedanz und kleinem Eingangsstrom.
Bei Transistorverstärkern ist es häufig erwünscht, daß bestimmte Stufen, z.B. Impedanzwandler, einen sehr kleinen Eingangsstrom führen. Dies läßt sich beispielsweise dadurch erreichen, daß der Emitterstrom einer Transistorstufe niedrig gewählt wird. Dabei ergeben sich folgende Nachteile: zum einen nimmt die Stromverstärkung ab und zum anderen wird die Transitfrequenz des Transistors niedriger.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, eine Transistorschaltung der eingangs genannten Art anzugeben, welche die vorgenannten Nachteile vermeidet. Außerdem soll die Transistorschaltung temperaturkompensiert sein.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Einrichtung zur Ableitung einer Kompensationsspannung in Abhängigkeit von statischen Basisstrom eines Emitterfolgers, dessen Basis-Elektrode neben den in an sich bekannter Weise zugeführten elektrischen Signal die Kompensationsspannung zugeführt ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Transistorschaltung sind in den Kennzeichen der Unteransprüche angegeben.
Die erfindungsgemäße Transistorschaltung weist den Vorteil einer statischen und dynamischen Basis-Strom-Kompensation auf.
Mit der erfindungsgemäßen Transistorschaltung lassen sich Eingangswiderstände von > 2 M# und Eingangsströme von kleiner 0,1 µA erzielen. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist daher vorteilhaft als Impedanzwandler nach Klemmschaltungen geeignet.
Nachfolgend wird die erfindungsgemäße Transistorschaltung anhand einer Zeichnung mit einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der Zeichnung zeigt: Figur 1 eine Prinzipschaltung der erfindungsgemäßen Transistor schaltung und Figur 2 eine ausführlichere Anordnung der erfindungsgemäßen Transistorschaltung.
In den Figuren vorkommende gleiche Schaltelemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
In der Transistorschaltung nach Figur 1 wird ber eine Klemme 1 und einen Kondensator 2 ein elektrisches Signal der Basis-Elektrode eines Transistors 3 zugeführt. Der Transistor 3 ist in Kollektor-Basis-Schaltung geschaltet. Dementsprechend ist der Kollektor des Transistors 3 mit einem positiven Potential an Klemme 4 und die Emitter-Elektrode über einen Widerstand 5 illit einen negativen Potential an Klemme 6 verbunden. Hit dem aus Widerständen 7 und 8 bestehenden Spannungsteiler ist der Arbeitspun@t der in Kollektor-Basis-Schaltung betriebenen Transistorstufe einstellbar. In bekannten Kollektor-Basis-Schaltungen ist der Spannungsteiler 7 und 8 einmal mit einem @assepotential an Klemme 9 und zum anderen mit dem positiven Potential an Klemme 4 verbunden. An der Emitter-Elektrode mit Klemme 10 ist das elektrische Signal niederohmig abnehmbar.
Wie eingangs erwähnt, kann der Emitterstrom und damit über den Stromverstärkungsfaktor der Basisstrom nicht beliebig klein gewählt werden. Es ist bekannt, den verbleibe-nden Basisstrom durch geeignete Dimensionierung des Widerstandes 8 teilweise zu kompensieren.
Da die Exemplarstreuungen von Transistoren erheblich sind, wird der Widerstand 8 oft als Trimmwiderstand ausgeführt und so abgeglichen, daß der Basisstrom für eine festgelegte Basisspannung nahezu kompensiert wird. Dieser Einzelabgleich ist jedoch sehr zeit- und kostenaufwendig. Weiterhin wird mit einem solchen Einzelabgleich kein Einfluß auf die unerwünschte Temperaturabhängigkeit des Stromverstärkungsfaktors ß genommen.
Erfindungsgemäß wird daher das eine Ende des Widerstandes 8 nicht mit einem festen positiven Potential verbunden, sondern mit einer Kompensationsspannung Uß an Klemme 11, deren Spannungspegel eine Funktion des Basisstroms IB ist.
Eine Einrichtung zur Messung des jeweiligen Stromverstärkungsfaktors ß des Transistors 3 zeigt die Transistorschaltung in Figur 2. Mittels dieser Einrichtung wird in Abhängigkeit des jeweiligen Stromverstärkungsfaktors ß eine Kompensationsspannung Uß abgeleitet. Die Einrichtung besteht im wesentlichen aus einem weiteren Emitterfolger mit eine Transistor 12 und einem Emitter-Widerstand 13. Wird nun vorausgesetzt, daß der Transistor 12 des einen Emitterfolgers dem gleichen Transistortyp entspricht wie der Transistor 3 des anderen Emitterfolgers und daß ferner die Emitter-Widerstände 13 und 5 und daß die den Basis-Elektroden vorgeschalteten Widerstände 14 und 8 gleiche Widerstandswerte aufweisen, dann fließen in beide Basis-Elektroden der Transistoren 12 und 3 gleiche Basis-Ströme.
Wird ferner der Verbindungspunkt der Widerstände 14 und 8 mit @@@me 11 über einen Widerstand 15 mit dem positiven Potential @@ Klemme 4 verbunden, dann fällt über Widerstand 14 eine zun Basisstrom IB proportionale Spannung ab.
Die an der Emitter-Elektrode des weiteren Emitterfolgers 12 abnehmbare Spannung wird der Basis-Elektrode eines Transistors 16 zugeführt, deren Kollektor-Elektrode mit Klemme 11 und deren Emitter-PJ.lektrode über einen Widerstand 17 mit dem negativen Potential an Klemme 6 verbunden ist. Die Transistorstufen mit den Transistoren 12 und 16 bilden einen an sich bekannten stark gegengekoppelten Verstärker (Spannungsverstärkung = 1), an dessen Ausgang mit Klemme 11 die Kompensationsspannung Uß niederohmig zur Verfugung gestellt wird. Zur Temperaturkompensation des Transistors 16 ist ein Transistor 18 vorgesehen. Die Kollektor-Elektrode des Transistors 18 ist mit den nositiven Potential an Klemme 4 und die Emitter-Elektrode mit der Emitter-Elektrode des Transistors 16 verbunden. Die Basis-Elektrode an Klemme 19 kann einmal mit dem Massepotential 9 und ein anderes Hal mit der Emitter-Elektrode des Transistors 3 verbunden sein. Bei einer Verbindung der Basis-Elektrode des Transistors 18 mit dem Massepotential 9 würde zwar der statische Basisstron kompensiert, dynanische Änderungen blieben bei dieser Schaltungsart jedoch unberücksichtigt, d.h., daß die Kompensationsspannung Uß in unerwünschter Weise aussteuerungsabhängig wäre. Wird beispielsweise die Basis-Elektrod des Transistors 3 über Klemme 1 mit einem positiven Signal beaufschlagt, so wird der Emitterstrom des Transistors 3 und damit auch sein Basis strom größer. Der Strom über Widerstand 8 nirimt dagegen ab. Zur Vermeidung dieses achteils wird die an der Basis-Elektrode liegende Klemme 19 mit der Emitter-Elektrode des Transistors 3 verbunden. Durch diese Maßnahme wird der vom Basisstrom über Widerstand 14 geprägten Komponsationsspannung Uß noch die Spannung des elektrischen Signals an Klemme 1 überlagert. Die Basisstromkompensation ist damit vom elektrischen Signal en Klemme 1 aussteuerungsunabhängig.
Dynamisch gesehen liegt der Widerstand 8 nicht parallel zum Eingang , wodurch sich Eingangswiderstände von > 2 M # ergeben.
Zur Einstellung des Arbeitspunktes von Transistor 3 ist ein an sich bekannter temperaturkompensierter Spannungsteiler, bestehend aus Widerständen 20 und 21 sowie eine als Diode geschalt@ten Transistor 22, vorgesehen. Da die Transistoren vorzugsweise von gleichen Typ sind und damit über Widerstand 21 ein Spannungsabfall auftritt, ist am Ausgang der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung an Klemme 10 ein elektrisches Signal abnehmbar, dem kein zusätzlicher Gleichspannungsanteil überlagert ist.
Da bei einer Aussteuerung des Transistors 3 durch ein an Klemme 1 liegendes elektrisches Signal beide Anschlüsse des Widerstandes 8 am gleichen elektrischen Signal liegen, ist der Widerstand 8 dynamisch nic'nt wirksam. Da weiterhin der Basisstrom über den Widerstand 8 zugeführt wird fließt iiber Klemme 1 in wesentlichen kein Strom (kleiner 0,1 µ A).
Soll die vorliegende orfindungsgemäße Transistorschaltung als Impedanzwandler nach einer Klemmschaltung dienen, so ist der Widerstand 21 durch einen als Schalter arbeitenden transistor zu ersetzen. Die mit der Emitter-Elektrode verbundene Klemme 23 liegt dabei an den gewünschten Klemm-Potential.
Die erfindungsgemäße Transistorschaltung wird vorzugsweise mit Transistoren eines sogenannten Transistor-Arrays aufgebaut.
Bei solchen Transistor-Arrays befinden sich auf einem Chip fünf monolithisch integrierte Transistoren, die untereinander sehr gleich sind. Ein bekanntes Transistor-Array wird beispielsweise von der firma RCA unter der Typenbezeichnung CA3046 angeboten.

Claims

Patentansprüche

1. Transistorschaltung mit hoher Eingangsimpedanz und kleinem Eingangsstrom, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Ableitung einer Kompensationsspannung (Uß ) in Abhängigkeit von statischen Basisstrom eines Emitterfolgers (3, 5), dessen Basis-Elektrode neben den in an sich bekannter Weise zugeführten elektrischen Signal die Kompensationsspannung (Uß ) zugeführt ist.

2. bransis-torschalt-ung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung aus einer Transistoranordnung besteht, deren Eingangsstrom proportional zum statischen Eingangsstrom des Emitterfolgers (37 5) ist und an deren niederohmigen Ausgang die der Basis-Elektrode des Emitterfolgers zugeführte Kompensationsspannung (Uß ) abnehmbar ist.

3. Transistorschaltung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis-Elektrode des Eraitterfolgers (3, 5) über zwei gleiche Widerstände (8, 14) mit der Basis-Elektrode eines weiteren Emitterfolgers (12, 13) verbunden ist, und daß die Emitter-Elektrode des weiteren Emitterfolgers (12) an der Basis-Elektrode einer ersten Transistorstufe (16) angeschlossen ist, deren Kollektor-Elektrode mit der Verbindungsstelle (11) der zwei gleichen Widerstände (8 und 14) verbunden ist und einer einen ersten Widerstand (15) an einem ersten Punkt konstanten Potentials (4) liegt und deren Emitter-Elektrode über einen zweiten Widerstand (17) an einem zweiten Punkt konstanten Potentials (6).

@. Transistorschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß die Emitter-Elektrode der ersten Transistorstufe (16) mit der Emitter-Elektrode einer zweiten Transistorstufe (18) verbunden ist, daß die Kollektor-Elektrode der zweiten Transistorstufe (18) an dem ersten Punkt konstanten Potentials (4) liegt und daß zur Temperaturkompensation der ersten Transistorstufe (16) die Basis-Elektrode der zweiten Transistorstufe (18) an einem dritten Punkt konstanten Potentials (9) liegt.

5. Transistorschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitter-Elektrode der ersten Transistorstufe (16) mit der Emitter-Elektrode der zweiten Transistorstufe (18) verbunden ist, daß die Kollektor-Elektrode der zweiten Transistorstufe (18) an dem ersten Punkt konstanten Potential (4) liegt und daß zur Kompensation dynamisch bedingter Basisstromänderungen des Emitterfolgers (3, 5) die Basis-Elektrode der zweiten Transistorstufe (13) mit der Emitter-Elektrode des Emitterfolgers (3, 5) verbunden ist.

6. Transistorschaltung nach Anspruch 1 bis dadurch gekennzeichnet, daß die Emitter-Widerstände der Emitterfolger (3, 5 und 12, 13) gleiche Widerstandswerte aufweisen.

7. Transistorschaltung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Arbeitspunkteinstellung des Emitterfolgers vorgesehene Spannungsteiler mit einer als Diode geschalteten dritten-Transistorstufe (22) stabilisiert ist.

8. Transistorschaltung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß alle Transistoren auf dem Chip einer integrier Schaltung angeordnet sind.

L e e r s e i t e