DE2509013B2 - Transistorschaltung mit hoher eingangsimpedanz und kleinem eingangsstrom - Google Patents

Description

siand ausgeführt und so abgeglichen, daß der Basisstrom für eine festgelegte Basisspannung nahezu kompensiert wird. Dieser Einzelabgleich ist jedoch sehr zeit- und kostenaufwendig. Weiterhin wird mil einem solchen Einzelabgleich kein Einfluß auf die unerwünschte Temperaturabhängigkeit de·. Siromverstärkungsfaktors β 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 Spamiungspegel eine Funktion des Basisstroms la ist.

Eine Einrichtung zur Messung des jeweiligen Stromverstärkungsfaktors β des Transistors 3 zeigt die Transistoi schaltung in Fig. 2. Mittels dieser Einrichtung wird in Abhängigkeit des jeweiligen Stromverstärkungsfaktors β eine Kompensationsspannung Uß abgeleitet. Die Einrichtung besteht im wesentlichen aus einem weiteren Emitterfolger mit einem Transistor 12 und einem Emitter-Widerstand tZ. Wird nun vorausgesetzt, daß der Transistor 12 des einen Emitterfolger dem gleichen Transistortyp entspricht wie der Transistor 3 des anderen Emitterfolger 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 Klemme 11 über einen Widerstand 15 mit dein positiven Potential an Klemme 4 verbunden, dann fällt über Widerstand 14 eine zum Basisstrom 1« 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-Elektrode 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 Verfügung gestellt wird. Zur Temperaturkompensation des Transistors 15 ist ein Transistor 18 vorgesehen. Die Kollektor-Elektrode des Transistors 18 ist mit dem positiven 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 Mal mit der Emitter-Elektrode des Transistors 3 verbunden sein. Bei einer Verbindung der Basis-Elektrode des Transistors {8 mit dem Massepotentia! 9 würde zwar der statische Basisstrom kompensiert, dynamische Änderungen blieben bei dieser Schaltungsart jedoch unberücksichtigt, d. h., daß die Kompensationsspannung ί Uß in unerwünschter Weise aussteuerungsabhängig wäre. Wird beispielsweise die Basis-Elektrode des Transistors 3 über Klemme 1 mit einem positiven Signal beaufschlagt, so wird der Emitterstrom des Transistors 3 und damit auch sein Basisstrom größer. Der Strom über

ίο Widerstand 8 nimmt dagegen ab. Zur Vermeidung dieses Nachteils 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 Kompensationsspannung Uß noch die Spannung des elektrischen Signals an Klemme 1 überlagert. Die Basisstromkompensation ist damit vom elektrischen Signal an Klemme 1 aussleuerungsunabhängig. Dynamisch gesehen liegt der Widerstand 8 nicht parallel zum Eingang, wodurch sich Eingangswiderstände von >2 ΜΩ ergeben.

Zur Einstellung des Arbeitspunktes von Transistor 3 ist ein an sich Gekannter temperaturkompensierter Spannungsteiler, bestehend aus Widerständen 20 und 21

sowie einem als Diode geschalteten Transistor 22, vorgesehen. Da die Transistoren vorzugsweise von' gleichen Typ sind und damit über Widerstand 21 kein 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 elektri-

sehen Signal liegen, ist der Widerstand 8 dynamisch

nicht wirksam. Da weiterhin der Basisstrom über den Widerstand 8 zugeführt wird fließt über Klemme 1 im wesentlichen kein Strom (kleiner als 0,1 μΑ).

Soll die vorliegende erfindungsgemäße Transistor-

schaltung 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 dem 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

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

2. Transistorschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung aus einer Transistoranordnung besteht, deren Eingangsstrom proportional zum statischen Eingangsstrom des Emitterfolgers (3,5) ist und an deren niederohmigen Ausgang die der Basis-Elektrode des Emitterfolgers zugeführte Kompensationsspar.nung (Uß) abnehmbar ist.

3. Transistorschaltung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis-Elektrode des Emitterfolgers (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 über 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) angeschlossen ist.

4. 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 Potentials (4) liegt und daß zur Kompensation dynamisch bedingter Basisstromänderungen des Emitterfolgers (3,5) die Basis-Elektrode der zweiten Transistorstufe (18) mit der Emitter-Elektrode des Emitterfolgers (3,5) verbunden ist.

6. Transistorschaltung nach Anspruch 1 bis 5, 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 integrierten Schattung angeordnet sind.

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 vom statischen Basisstrom eines Emitterfolgers, dessen Basis-Elektrode neben dem 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 >2ΜΩ und Eingangsströme von kleiner als 0,1 μΑ 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

F i g. 1 eine Prinzipschaltung der erfindungsgemäßen Transistorschaltung und

F i g. 2 eine ausführlichere Anordnung der erfindungs gemäßen Transistorschaltung.

in den Figuren vorkommende gleiche Schaltelemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.

in der Transistorschaltung nach F i g. 1 wird über eine Klemme 1 und einen Kondensator 2 ein elektrisches Signal der Basis-Elektrode eines Transistors 3 zuge führt. 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 mit einem negativen Potential an Klemme 6 verbunden. Mit dem aus Widerständen 7 und 8 bestehenden Spannungsteiler ist der Arbeitspunkt der in Kollektor-Basis-Schaltung betriebenen Transistorstufe einstellbar. In bekannten Kollektor-Basis-Schaltungen ist der Spannungsteiler 7 und 8 einmal mit einem Massepotential an Klemme 9 und zum anderen mit dem positiven Potential an Klemme 4 verbunden. An der Emitter-F.Iektrode 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 verbleibenden Basisstrom durch geeignete Dimensionierung des Widerstandes 8 teilweise zu kompensieren.

Da die Exemplarstreuungen von Transistoren erheblich sind, wird der Widerstand 8 oft als Trimmwider-