DE2849231C3

DE2849231C3 - Schaltungsanordnung zur Kompensation des Innenwiderstands einer durch einen Emitterfolger gebildeten Spannungsquelle

Info

Publication number: DE2849231C3
Application number: DE19782849231
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dr.-Ing. 8000 Muenchen Wilhelm
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1978-11-13
Filing date: 1978-11-13
Publication date: 1981-12-03
Also published as: DE2849231A1; DE2849231B2

Description

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 33199 bekannt. Zur Kompensation der Änderungen der Versorgungsgleichspannung werden diese voll auf den Eingang eines dem Emitterfolger vorgeschaltete, mit der instabilen Versorgungsgleichspannung betriebenen invertierenden Verstärkers mit der konstanten Verstärkung ν = -1 übertragen. Damit bleibt die Ausgangsspannung des Verstärkers konstant.

Der Innenwiderstand eines Emitterfolgers beträgt

Rj=(Rb+ R₀₎/ß+ UtIIe+ Re
Dabei ist

/?flbzw. Re der Basis- bzw. Emitterbahnwiderstand des

Transistors
Rq der Innenwiderstand der ansteuernden

Spannungsquelle

β die Stromverstärkung des Transistors

Ut die Temperaturspannung (= 26 mV)

Ie der Emitlerstrom.

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 unerwünscht

ίο Ein Impedanzwandler mit einem als Emitterfolger betriebenen Ausgangstransistor ist auch durch die DE-PS 1195 814 bekannt Im Emitterkreis des Ausgangstransistors ist die Kollektor-Emitter-Strecke eines weiteren Transistors in Emitterfolgerschaltung an geordnet, der gegenphasig zum Ausgangstransistor angesteuert wird. Am Emitter des weiteren Transistors wird eine Gegenkopplungsspannung abgenommen und auf den Eingang des Impedanzwandlers zurückgeführt Mit den bekannten Schaltungsmaßnahmen sollen hohe Linearität und eine geringe, von Schwankungen der Versorgungsspannung und der Temperatur weitgehend unabhängige Nullpunktdrift erreicht werden.

Eine weitere Verstärkerschaltung mit einem Ausgangstransistor, der als Emitterfolger arbeitet ist durch die DE-OS 24 39 491 bekannt Zur Vermeidung bzw. Verringerung von Verzerrungen in Abhängigkeit von der Aussteuerung des Verstärkers besitzt der Ausgangstransistor einen nichtlinearen Emitterwiderstand in Form der Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp, der in Abhängigkeit von dem zu verstärkenden Signal derart gesteuert ist, daß der Kollektorstrom des Ausgangstransistors konstant bleibt Ferner ist durch die DE-AS 22 07 233 ein Verstärker mit einem als Emitterfolger geschalteten Ausgangstransistor bekannt bei dem mit Hilfe einer sogenannten Stromspiegelschaltung bei einer vorgegebenen Betriebsspannung ein möglichst großer Ausgangsspannungshub erreichbar sein soll.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Kompensation des Innenwiderstands einer durch einen Emitterfolger gebildeten Spannungsquelle anzugeben, wobei der Emitterfolger durch einen invertierenden Verstärker mit der Verstär kung ν — — 1 gespeist wird. Die Lösung dieser Aufgabe ist dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 zu entnehmen. Im folgenden wird die Erfindung an Hand 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 Ti in Emitterfolgerschaltung mit dem Emitterwiderstand R I angeschlossen. Mit dem Emitter des Transistors 7*1 ist die Ausgangsklemme A verbunden. Der Verstärker V ist so dimensioniert, daß

μ seine Verstärkung ν = I beträgt. Bezogen auf den invertierenden Eingang ist die Verstärkung somit v= — 1. Eine Signalquelle 5, die zwischen der Eingangsklemme E und dem Anschluß für die

Versorgungsspannung Uy anfiegt, liefert ein Gleichoder Wechselspannungssignal.

Im Kollektorkreis des Emitterfolgertransistors Tl liegt die Kollektor-Emitter-Strecke eines weiteren Transistors TZ Der Transistor T2 ist genau so ausgeführt, wie der Transistor 71 und besitzt daher auch die gleichen Kennwerte, was bei einer integrierten Ausführung im allgemeinen leicht zu erreichen ist Aufgrund der übereinstimmenden Eigenschaften der Transistoren Tl und T2 und der gleichen Innenwiderstände der Spannungsquellen zur Ansteuerung der beiden Transistoren Tl und T2 und der gleichen Innenwiderstände der Spannungsquellen zur Ansteuerung der beiden Transistoren T1 und T2 entstehen auch gleiche Spannungsabfälle Au, da zudem noch beide Transistoren von dem gleichen Strom durchflossen werden.

Der Spannungsabfall Au am Transistor T2 wird an dessen Emitter abgegriffen und auf den invertierenden Eingang des Verstärkers Kübertragen, Damit wirkt sich der Spannungsabfall Au mit dem umgekehrten Vorzeichen an der Basis des Transistors 7Ί aus und kompensiert den gleich großen Spannungsabfall Au an diesem Transistor. Dabei wird vorausgesetzt, daß der Eingangswiderstand des invertierenden Eingangs des Verstärkers V groß gegen den Emitterwiderstand des Transistors 7Ί ist

Die Höhe des Gleichspannungsmittelwerts von Wechselspannungssignalen bzw. die Signalpegel binärer Signale am Ausgang A hängen von den entsprechenden Signalpegeln am Eingang E und von der Spannung U, der internen Spannungsquelle im Rückführungszweig für den Spannungsabfall Au ab. Nimmt man an, daß am Eingang E eine Spannung U_v— U_s anliegt, dann gilt für die Ausgangsspannung Ua unter Vernachlässigung der Basisströme

U_A = U,- U₁- (U,-U₁-Uj₁₀- Ri_n- 0-U_no-Ri_n-1 = U₁-U₁

dabei ist

i/no= Ut2o die Basis-Emitter-Spannung der Transistoren Π und T2 ohne Belastung des Ausgangs A, Ri'ti = RiT2 der differentielle Widerstand der Basis- ^2d Emitter-Strecken der Transistoren 7Ί und T2und /der Ausgangsstrom.

Es zeigt sich also, daß die Ausgangsspannung Ua weder vom Ausgangsstrom /noch von evtl. Schwankungen der Versorgungsspannung U, abhängt Dieser Umstand läßt sich vorteilhaft für die Bildung einer Spannungsquelle zur Erzeugung einer von der Belastung und von Schwankungen der Versorgungsspannung unabhängigen Ausgangsgleichspannung ausnüt- J5 zen. Zu diesem Zweck kann der Eingang E des Verstärkers Vunmittelbar 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 F i g. 2 dargestellt

In diesem Ausführungsbeispiel ist die interne Spannungsquelle durch bekannte Mittel zur Potentialverschiebung realisiert Die Spannung U\ ergibt sich aus der Basis-Emitter-Spannung des zusätzlichen Transistors TZ in Emitterfolgerschaltung und d~n etwa gleich großen Spannungsabfällen Ud an den Dioden D1 und D2. Allgemein gilt somit U-, = (n + 1) Ud, wenn η die Zahl der in Serie geschalteten Dioden ist Entsprechende Mittel zur Potentialverschiebung können auch bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1, Schaltungsanordnung zur Kompensation des Innenwiderstands einer Spannungsquelle, deren Ausgangsanschluß mit dem Emitter eines als Emitterfolger betriebenen Ausgangstransistors verbunden ist, mit einem den Emitterfolger speisenden, invertierenden Verstärker mit der Verstärkung v= —1₁ dadurch gekennzeichnet, daß in den Kollektorkreis des als Emitterfolger betriebenen Ausgangstransistors (Ti) die Kollektor-Emitter-Strecke eines weiteren Transistors (TT) mit den gleichen Kennwerten eingefügt ist, dessen Basis über einen Widerstand (R T) mit seinem Kollektor verbunden ist, wobei der Wert des Widerstands (R T) gleich dem Innenwiderstand des invertierenden Verstärkers (V) ist, und daß der Emitter des weiteren Transistors (TT) über eine interne Spannungsquelle (U) bzw. über Mittel zur Potentialverschiebung (T3, Di, DT) mit dem Eingang des invertierenden Verstärkers ^verbunden ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Anwendung zur Erzeugung einer von Schwankungen der Versorgungsspannung (U_v) unabhängigen Ausgangsgleichspannung Ua, deren Höhe gemäß der Beziehung U_A = Ui von der durch die interne Spannungsquelle bzw. durch die Mittel zur Potentialverschiebung bewirkten Potentialverschiebung U,bestimmt ist