DE2849231A1

DE2849231A1 - Schaltungsanordnung zur kompensation des innenwiderstandes einer durch einen emitterfolger gebildeten spannungsquelle

Info

Publication number: DE2849231A1
Application number: DE19782849231
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dr Ing Wilhelm
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1978-11-13
Filing date: 1978-11-13
Publication date: 1980-05-14
Also published as: DE2849231C3; DE2849231B2

Description

Schaltungsanordnung zur Kompensation des Innenwiderstands
einer durch einen Emitterfolger gebildeten Spannungsquelle.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Es ist allgemein bekannt, als Ausgangsstufe von Schaltungen zur Verstärkung von Gleich- oder Wechselspannungen oder zur Impedanzwandlung Emitterfolger vorzusehen, um niedrige Innenwiderstände zu erzielen. Eine Spannungsquelle mit einem Emitterfolger als Ausgangsstufe zur Erzeugung einer von Änderungen der Versorgungsgleichspannung unabhängigen Ausgangsgleichspannung, die vorzugsweise als Hilfsspannung für Logikschaltungen in ECL-Technik vorgesehen ist, ist durch die DE-AS 25 33 199 bekannt. Zur Kompensation der Änderungen der Versorgungsgleichspannung werdediese voll auf den Eingang eines dem Emitterfolger vorgeschaltete, mit der instabilen Versorgungsgleichspannung betriebenen invertierenden Verstärkers mit der konstanten Verstärkung v = - 1 übertragen. Damit bleibt die Ausgangsspannung des Verstärkers konstant.
Der Innenwiderstand eines Emitterfolgers beträgt Ri = (ob + RQ)/p + UT/lE + RE Dabei ist R3 bzw. RE der Basis- bzw. Emitterbahnwiderstand des Transistors RQ der Innenwiderstand der ansteuernden Spannungsquelle p die Stromverstärkung des Transistors UT die Temperaturspannung ( = 26mV) IE der Emitterstrom.
Der an sich geringe Innenwiderstand eines Emitterfolgers ist aber doch nicht immer ohne weiteres klein genug, wenn sich die Ausgangsspannung auch bei stark schwankender Belastung praktisch nicht ändern soll. Um Innenwiderstände von nur wenigen Ohm zu erzielen, ist nämlich ein großflächiger Transistor, ein hoher Emitterstrom und eine niederohmige Ansteuerschaltung notwendig. Insbesondere bei der Integration von Schaltungen ist eine solche Dimensionierung aus Gründen des erheblichen Platzbedarfs und der hohen Verlustleistung oft nicht realisierbar, mindestens aber unerwunscht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Kompensation des Innenwiderstandes einer durch einen Emitterfolger gebildeten Spannungsquelle anzugeben, wobei der Emitterfolger durch einen invertierenden Verstärker mit der Verstärkung v = - 1 gespeist wird.
Die Lösung dieser Aufgabe ist dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 zu entnehmen. Im folgenden wird die Erfindung anhand von zwei in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 eine Schaltungsanordnung zur Leistungsverstärkung eines Eingangssignals, Fig. 2 eine Gleichspannungsquelle mit einer von Schwankungen der Versorgungsspannung unabhängigen Ausgangsspannung.
Die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 enthält einen Gleichspannungsverstärker V, beispielsweise einen Operationsverstärker mit einem invertierenden Eingang und einem nichtinvertierenden Eingang, der mit einer Eingangsklemme E verbunden ist. An den Ausgang des Verstärkers V ist die Basis eines Transistors T1 in Emitterfolgerschaltung mit dem Emitterwiderstand R1 angeschlossen. Mit dem Emitter des Transistors T1 ist die Ausgangsklemme A verbunden. Der Verstärker V ist so dimensioniert, daß seine Verstärkung v = 1 beträgt. Bezogen auf den invertierenden Eingang ist die Verstärkung somit v = - 1. Eine Signalquelle S, die zwischen der Eingangsklemme E und dem Anschluß für die Versorgungsspannung Uv anliegt, liefert ein Gleich- oder Wechselspannungssignal.
Im Kollektorkreis des Emitterfolgertransistors T1 liegt die Kollektor-Emitter-Strecke eines weiteren Transistors T2. Der Transistor T2 ist genau so ausgeführt, wie der Transistor T1 und besitzt daher auch die gleichen Kennwerte, was bei einer integrierten Ausführung im allgemeinen leicht zu erreichen ist. Aufgrund der übereinstimmenden Eigenschaften der Transistoren T1 und T2 und der gleichen Innenwiderstände der Spannungsquellen zur Ansteuerung der beiden Transistoren T1 und T2 und der gleichen Innenwiderstände der Spannungsquellen zur Ansteuerung der beiden Transistoren T1 und T2 entstehen auch gleiche Spannungsabfälle a u, da zudem noch beide Transistoren von dem gleichen Strom durchflossen werden.
Der Spannungsabfall {> u am Transistor T2 wird an dessen Emitter abgegriffen und auf den invertierenden Eingang des Verstärkers V betragen. Damit wirkt sich der Spannungsabfall t u mit dem umgekehrten Vorzeichen an der Basis des Transistors T1 aus und kompensiert den gleich großen Spannungsabfall b u an diesem Transistor. Dabei wird vorausgesetzt, daß der Eingangowiderstand des invertieren- den Eingang des Verstärkers V groß gegen den Emitterwiderstand des Transistors T1 ist.
Die Höhe des Gleichspannungsmittelwerts von Wechselspannungssignalen bzw. die Signalpegel binärer Signale am Ausgang A hänge. von den entsprechenden Signalpegeln am Eingang E und von der Spannung Ui der internen Spannungsquelle im Rückführungszweig für den Spannungsabfall tu ab. Nimmt man an, daß am Eingang E eine Spannung Uv - U5 anliegt, dann gilt für die Ausgangsspannung UA unter Vernachlässigung der Basisströme UA v Uv s U5 - (Uv - Ui - UT20 - RiT2 . I) - UT10 - RiT1 = Ui - Us dabei ist UT10 = UT20 die Basis-Emitter-Spannung der Transistoren T1 und T2 ohne Belastung des Ausgangs A, RiT1 = RiT2 der differentielle Widerstand der Basis-Emitter-Strecken der Transistoren T1 und T2 und I der Ausgangsstrom.
Es zeigt sich also, daß die Ausgangsspannung UA weder vom Ausgangsstrom I noch von evtl. Schwankungen der Versorgungsspannung Uv abhängt. Dieser Umstand läßt sich vorteilhaft für die Bildung einer Spannungsquelle zur Erzeugung einer von der Belastung und von Schwankungen der Versorgungsspannung unabhängigen Ausgangsgleichspannung ausnützen. Zu diesem Zweck kann der Eingang E des Verstärkers V unmittelbar an die Versorgungsspannung Uv gelegt werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, einen invertierenden Verstärker mit nur einem Eingang zu verwenden. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel ist in Fig. 2 dargestellt.
In diesem Ausführungsbeispiel ist die interne Spannungsquelle durch bekannte Mittel zur Potentialverschiebung realisiert, Die Spannung Ui ergibt sich aus der Basis- Emitter-Spannung des zusätzlichen Transistors T3 in Emitterfolgerschaltung und den etwa gleich großen Spannungsabfällen UD an den Dioden D1 und D2. Allgemein gilt somit Ui = (n+1) UD, wenn n die Zahl der in Serie geschalteten Dioden ist. Entsprechende Mittel zur Potentialverschiebung können auch bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 eingesetzt werden. Ein einstufiger, invertierender Verstärker, dessen Verstärkungsfaktor nicht von Schwankungen der Versorgungsspannung beeinflußt wird, ist durch die DE-AS 25 33 199 bekannt.
2 Figuren 2 Patentansprüche

Claims

Patentansprüche t. Schaltungsanordnung zur Kompensation des Innenwiderstandes einer durch einen Emitterfolger mit einem Transistor gebildeten Spannungsquelle, mit einem den Emitterfolger speisenden, invertierenden Verstärker mit der Verstärkung v = - 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß in den Kollektorzweig des als Emitterfolger betriebenen Transistors (T1) die Kollek-tor-Emitter-Strecke eines weiteren Transistors (T2) eingefügt ist, dessen Basis über einen Widerstand (R2) mit seinem Kollektor verbunden ist, wobei der Wert des Widerstandes (R2) gleich dem Innenwiderstand des invertierenden Verstärkers (V) ist, und daß der Emitter des weiteren Transistors (T2) über eine interne Spannungsquelle (Ui) bzw. über Mittel zur Potentialverschiebung (T3, Dl, D2) mit dem Eingang des invertierenden Verstärkers (V) verbunden ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, g e k e n n -z e i c h n e t durch die Anwendung zur Erzeugung einer von Schwankungen der Versorgungsspannung (Uv) unabhängigen Ausgangsgleichspannung UA, deren Höhe gemäß der Beziehung UA = Ui von der durch die interne Spannungsquelle bzw. durch die Mittel zur Potentialverschiebung bewirkten Potentialverschiebung Ui bestimmt ist.