DE2613761A1

DE2613761A1 - Niederfrequenzleistungsverstaerker

Info

Publication number: DE2613761A1
Application number: DE19762613761
Authority: DE
Inventors: Carlo Cini; Bruno Murari; Mario Santi
Original assignee: ATES Componenti Elettronici SpA
Current assignee: STMicroelectronics SRL
Priority date: 1975-04-04
Filing date: 1976-03-31
Publication date: 1976-10-28
Also published as: DE2613761C3; FR2306567B1; DE2613761B2; US4045745A; JPS51123043A; GB1528068A; FR2306567A1; BR7601998A; IT1034831B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Niederfrequenzleistungsverstärker, bestehend aus einer monolithischen integrierten Schaltung mit einem einzigen Versorgungsanschluß, wobei die Elemente für die Bestimmung des Gleichspannungsausgangspegels in dem Halbleiterplättchen integriert sind, in dem die integrierte Schaltung ausgebildet ist.

Es ist bei Verstärkern bekannt, Schwankungen der Versorgungsspannung, die im allgemeinen als Netzbrumm bezeichnet werden, dadurch zu dämpfen, daß zwischen die Spannungsversorgung und Masse eine Kapazität eingeschaltet wird, die für die Versor-

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Bayerische Vereinsbank 823101
Postscheck 54782-809

ORIGINAL INSPECTED

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gungsgleichspannung eine praktisch unendliche Impedanz, für die Schwankungen dieser Spannung jedoch eine minimale Impedanz darstellt. Bekanntermaßen hat diese Kapazität die Funktion einer Ausfilterung der genannten Schwankungen, so daß diese auf die Arbeitsweise des Verstärkers keinen Einfluß haben.

für die Spannungsverstärkung ergibt sich mit den für die mathematische Berechnung zulässigen Vereinfachungen die bekannte Formel:

A =* 1 + -i
R₂

Dabei ist R₁ der reaktive Widerstand, der zwischen dem Ausgang und dem Umkehr eingang liegt, während Rp der Widerstand ist, der zwischen Masse und dem genannten Umkehreingang liegt; der als Umkehreingang dienende Anschlußpunkt der integrierten Schaltung ist dabei getrennt von dem für die erwähnte Entbrummung dienenden Anschlußpunkt vorgesehen.

Betrachtet man einen Jfiederfreq.uenzleistungsverstärker, so wird der Wert der Ausgangsgleichspannung auf einen Mittelwert zwischen der Versorgungsspannung und Massepotential eingestellt. Der Umkehreingang des Verstärkers befindet sich im allgemeinen auf einem Pegel, der sich von dem am Ausgang gewünschten unterscheidet, weshalb zwischen Ein- und Ausgang ein internes Widerstandselement geschaltet ist. Der Strom, der den Differenzwert der Spannung zwischen Eingang und Ausgang bestimmt, wird im allgemeinen von einem Stromerzeuger bestimmt, der über Widerstände direkt von der Versorgungsspannung gespeist wird. Das genannte Widerstandselement zwischen Ein- und Ausgang ist in der vorgenannten Formel für die Verstärkung als R^ aufgeführt. Dieses Element muB inte-

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griert sein, damit kleine Toleranzen relativ zu den anderen, den hindurchfließenden Strom bestimmenden Widerstandselementen gegeben sind.

Der Widerstand Rp ist dagegen extern zwischen den erwähnten Anschlußρunkten angeordnet und dient zur Bestimmung der Verstärkung.

Einer der Widerstände des in der Verstärkungsformel aufgeführten Verhältnisses ist bei den bekannten Systemen in das Halbleiterplättchen integriert. Durch herstellungsbedingte Toleranzen dieses Widerstandselements zum Nennwert ändert sich das Verhältnis R-j/Rp entsprechend, weshalb bei gleichem externen Widerstandselement und gleichem Verstärkerschaltkreis die Spannungsverstärkung sich aus herstellungsmäßigen Gründen von einer integrierten Schaltung zur anderen ändert. Dementsprechend wird die Belastung des Verstärkers selbst geändert. Zusammenfassend ist festzustellen, daß bei den bekannten Niederfreq.uenzleistungsverstärkern bestehend aus einer monolithischen integrierten Schaltung zwei getrennte Zweige für die Entbrummung einerseits und für die Bestimmung der Verstärkung andererseits vorgesehen sind. Deshalb sind für diese beiden Funktionen zwei getrennte Anschlußρunkte an der integrierten Schaltung erforderlich.

Insbesondere im Hinblick auf die Herstellung ist es erwünscht, die Zahl der Anschlußpunkte der integrierten Schaltung auf ein Minimum zu reduzieren. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Niederfreq.uenzleistungsverstärker in Form einer monolithischen integrierten Schaltung zu schaffen, in dem für die Entbrummung und die Bestimmung der Verstärkung ein einziger Ansohlußpunkt an der integrierten Schaltung ver-

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wendet wird.

Ein Niederfrequenzverstärker, bestehend aus einer monolithischen integrierten Schaltung mit nur einem Versorgungsanschluß und aus Schaltungsmitteln zur Bestimmung der Verstärkung und zur Entbrummung ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die· genannten Schaltungsmittel durch einen Spannungsteiler, der zwischen den Ausgangsanschlußpunkt und den Massenanschlußρunkt der integrierten Schaltung geschaltet ist, und eine Kapazität gebildet werden, die zwischen den Anschlußpunkt des Umkehreingangs der integrierten Schaltung und den Mittelabgriff des Spannungsteilers geschaltet ist.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen hervor. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Schaltungsdiagramm eines bekannten Niederfrequenzverstärkers; und

]?ig. 2 ein schematisches Diagramm eines erfindungsgemäßen Niederfrequenzverstärker.

In Fig. 1 ist der Endteil des dort dargestellten bekannten Niederfrequenzleistungsverstärkers als interessierender Teil im einzelnen dargestellt. Unabhängig von den Zwischenstufen hat man am Punkt "3" einen Spannungswert gleich dem des Einganges. V₀ gibt die Auegangsspannung an, deren Wert durch den Widerstand R₁ bestimmt wird, der das Verbindungsglied zwischen dem Ausgang und dem Umkehreingang darstellt. Die in Serie geschalteten Widerstände R^₉ R. sind mit dem einen

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Ende mit der Yersorgungsspannung Vg und mit dem anderen Ende mit dem Kollektor eines Transistors T, verbunden, dessen Emitter an Masse liegt und dessen Basis mit der Kathode einer Diode D. verbunden ist.

Die Basis von T_ ist ferner mit der Basis des Transistors T_c verbunden, dessen Emitter an Masse liegt und dessen Kollektor am Punkt "3" angeschlossen ist, der den Umkehreingang darstellt. Weitere in der Zeichnung dargestellte Elemente sind in ihren Punktionen an sich bekannt. Der Widerstand Rr- zwischen dem Emitter des Transistors T. und Masse bestimmt den

4-

Strom von T., der die Stromerzeuger steuert, die mit G- angegeben werden.

Die Transistoren T/- und Tr₇ steuern die Endtransistoren T₁

b ( ι

und Tp, und ihre Basen sind mit einer Seriensohaltung von Dioden D-j, Dp» D~ verbunden, die den Ruhestrom der Endstufe bestimmen. Der mit A bezeichnete Block gibt die Eingangsstufe und die zweite Stufe des Verstärkers an. Die Kapazität C- und die Impedanz Z bilden die Ausgangsbelastung.

Die Anschlußpunkte der integrierten Schaltung sind wie folgt: "1" Signaleingang, "2" Masse, "3" Umkehreingang, ¹M" Ausgang, "5" Stromversorgung, "6" Entbrummung.

T,, D., T₅ bilden einen Stromspiegel, weshalb der Strom des Kollektors von T₁- proportional zu dem des Kollektors von T~ ist* Dieser Strom ist derjenige, der den Widerstand R^ speist. Zwischen den Ansohlußpunkt 6 und Masse ist der Entbrummungskondensator G₁ geschaltet. Wenn die Heizspannung konstant ist, hat C₁ keinerlei Wirkung; wenn jedoch Schwankungen auftreten, bildet die Impedanz von C₁ praktisch einen

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Kurzschluß für derartige Schwankungen, so daß diese auf die Schaltung keinen Einfluß haben. Die Komponenten IU, Cp zwischen dem Anschlußpunkt 3 und Masse dienen lediglich zur Bestimmung der Verstärkung; C₂ hat bei hohen Frequenzen eine Impedanz, die praktisch gleich UuIl ist.

Es wird nun der erfindungsgemäße Verstärker gemäß Fig. 2 beschrieben. Der die Transistoren T* und Tp enthaltende Zweig zwischen V₀, und Masse bildet die Endstufe des Verstärkers. Vie zuvor bilden die Transistoren T,, T. und Tpeinen Stromspiegel, bildet der Anschlußpunkt "3" den Umkehreingang und liegt der VIderstand R₁ zwischen dem Punkt "3" und dem Ausgang. In dieser Schaltung ist der Kollektor von T, mit der Stromversorgung V_g lediglich über den Viderstand Rp¹ verbunden. Der Ausgang V« ist außen mit einem Viderstand R-¹ verbunden, dessen anderes Ende mit einem Viderstand R.· verbunden ist, dessen anderes Ende an Masse liegt. Der Punkt "3" ist mit einer Kapazität C, verbunden, deren anderes Ende zwischen R¹- und R*. liegt und die Funktionen der Entbrummung und der Bestimmung der VechselstromverStärkung hat.

Die anderen, die Schaltung vervollständigenden Komponenten haben analoge Funktionen zu denen der Schaltung von Fig. 1.

Betrachtet man die Auswirkung der lietzspannungsSchwankungen auf die Schaltung, und zwar auf den Kollektorstrom von T^i so erhält man:

AI₀₍₅₎

Aus der folgenden Betrachtung ergeben sich auch informationen über die Veite der einzelnen Komponenten relativ zueinander.

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Unter Vernachlässigung τοη R₁, der sehr groß ist relativ zu den anderen Komponenten, insbesondere relativ zu R-, ergibt

/ R» R» \ R« + R

/ 1

Dabei wird davon ausgegangen, daß R¹- y^ R^fj· Durch Ein setzen erhält man die vereinfachende, die Dämpfung der Versorgungsspannungsschwankungen ergebende Gleichung:

Λ / 1 N R¹.

⁷O *

Aus dieser Gleichung ersieht man, daß im Interesse einer guten Entbrummung die nachfolgenden Bedingungen für die einzelnen Komponenten zu erfüllen sind:

Bei dieser Anordnung ergibt sich also, daß an einem einzigen Anschlußpunkt der integrierten Schaltung die Entbrummung und die Bestimmung der Verstärkung durchgeführt werden. Bei den normalen Arbeitsfrequenzen ist die Impedanz von C-j zu vernachlässigen, weshalb der Umkehre ingang "3ⁿ zum Ausgang Vq hin die Impedanz sieht, die von der Parallelschaltung von R₁ und R'~ gebildet wird, und gegen Masse die Impedanz von R^!. sieht. Wenn R₁ sehr viel größer ist als R¹», so ergibt sich für die Eingangsspannung:

_v _m 0 . _H,

ⁱⁿ R'_{3 +} R'₄ *
Es ergibt sich daher für die Spaanungsverstärkung:

V T? * P ·

^vin ^& 4 ^Ά 4

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Wie zu sehen ist, ergibt sich diese Verstärkung aus dem Verhältnis zwischen zwei externen Komponenten, deren Wert genau bestimmbar ist, weshalb die Verstärkung für jede Schaltung fest ist und unabhängig von konstruktiven Parametern der integrierten Schaltung selbst ist. Außerdem bewirkt die Weglassung des zusätzlichen Anschlußpunktes für die Entbrummung, daß in verträglicher Weise mit anderen Stufen und Punktionen des Systems die beschriebene Schaltung in einem Gehäuse mit einer geringeren Anzahl von Anschlußpunkten montiert werden kann, beispielsweise in einem Gehäuse mit fünf Kontakten vom Typ Pentawatt.

Bei der Erfindung ergibt sich außerdem der Vorteil, daß anstelle von zwei Kapazitäten und einem Widerstand, die in der bekannten Schaltung die erwähnten Funktionen erfüllen, eine Kapazität und zwei Widerstände treten, was herstellungsmäßig ökonomischer ist. Bei der Erfindung wird dies dadurch realisiert, daß die reaktive Widerstandskomponente, die bei der bekannten Schaltung ein einziges Element ist, in zwei Elemente unterteilt wird: ein reaktives Gleichspannungswiderstandselement im Inneren der monolithischen integrierten Schaltung und eine Reihenschaltung von passiven reaktiven Wechselstromelementen im externen Bereich. Zwischen diese Elemente wird die genannte Kapazität zur Metzbrummbeseitigung angeschaltet.

Die Erfindung kann bei jeder beliebigen integrierten Schaltung, die die Funktion eines Verstärkers hat, zu dem Zweck verwendet werden, die Anzahl der Anschlußρunkte um eine zu reduzieren.

Patentansprüche: 609844/1043

Claims

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Patentansprüche

Iy Niederfreq[uenzleistungsverstärker, bestehend aus einer monolithischen integrierten Schaltung mit einem einzigen Versorgungsanschluß und aus Schaltungsmitteln zur Bestimmung der Verstärkung und zur Entbrummung, wobei die integrierte Schaltung mindestens einen Umkehreingangsanschlußpunkt, einen Ausgangsanschlußpunkt und einen Masseanschlußpunkt aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Sohaltungsmittel für die Bestimmung der Verstärkung und für die Bntbrummung aus einem Spannungsteiler (IU¹, R*¹), der über ein Verbindungsglied zwischen den Ausgangsanschlußpunkt ("4") und den Masseanschlußpunkt ("2") geschaltet ist, und einer Kapazität (C₁) bestehen, die zwischen den Umkehreingangsanschlußpunkt ("3") und den Abgriff des Spannungsteilers (R,', R4') geschaltet ist.
2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch g e kennze ichnet , daß das Verbindungsglied ein metallischer Leiter ist.

3· Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Verbindungsglied eine Kapazität ist.

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