DE2945538A1 - Nichtinvertierender verstaerker - Google Patents

Description

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Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH Theodor-Stern-Kai 1

6000 Prankfurt/Main 70

Hannover, den 05.11.1979 UE2-Kör/gn

Nichtinvertierender Verstärker

Die Erfindung betrifft einen nichtinvertierenden Verstärker mit einem in Basis-Schaltung betriebenen Transistor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Für viele Anwendungszwecke werden Verstärker benötigt, deren Eingangswiderstand R. in einem möglichst großen Frequenzbereich die Bedingung R.—► 0 erfüllt, wie z.B. Suminierverstärker und regelbare Verstärker.

Fig. 1 und 2 zeigen verschiedene nicht invertierende Verstärkerstufen. Die angegebenen Formeln für die Ausgangsspannung Up gelten nur dann exakt, wenn die Spannung U^ über den Widerstand R, auf einen Verstärker-Eingang mit dem Innenwiderstand Null gegeben wird.

Bei niedrigen Frequenzen erfüllen Operationsververstärker wegen ihrer großen Leerlaufverstärkung diese Bedingung in nahezu idealer Weise. Um die Spannung Up am Ausgang zu erzeugen, ist fast keine Spannung am Eingang erforderlich. Dieses Verhalten ist gleichbedeutend mit einem sehr kleinen

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Eingaiigs-Widerstand. Fig. 1 zeigt eine derartige nichtinvertieronde Operationsverstärkarstufe. Die Leerlaufverstärkung der Operationsverstärker fällt jedoch mit steigender Frequenz ab (20 dB pro Dekade).

Eine geringe Leerlaufverstärkung bedeutet, daß eine gewisse Eingangsspannung direkt am Verstärkereingang liegen muß, damit am Ausgang die Spannung Up auftritt. Diese Eingangsspannung ist gleichbedeutend mit; dem Spannungsabfall des Eingangsstromes IL am nicht mehr vernach-

^{1 =} *3 ^{+ R}i~
lässigbar kleinen Innenwiderstand R..

Die Fig. 2 zeigt eine einfache Verstärkerstufe, deren Eingangsv/iderstand von den Verstärkungseigenschaften des Transistors abhängt. Wegen der geringeren Verstärkung eines einzelnen Transistors ist diese Stufe bei niedriger Frequenz ungünstiger als die Stufe gemäß Fig. 1. Dies ändert sich jedoch mit zunehmender Frequenz. Von einer bestimmten Frequenz an, die vom Operationsverstärker abhängt, ist die Stufe mit dem Einzeltransistor der Stufe mit dem Operationsverstärker überlegen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, den Eingangswiderstand der einfachen Stufe auf einen möglichst niedrigen Wert herabzusetzen, wie er z.B. mit Operationsverstärkern bei niedrigen Frequenzen erreichbar ist. Diese Aufgabe wird bei einem nicht invertierenden Verstärker gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 durch die im Kennzeichen angegebenen Merkmale gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausführungsforiren sind in den Unteransprüchen angegeben. Die Erfindung wird nun im einzelnen au Hand der Fiß- 3 der Zeichnung erläutert.

Die Schaltung in ?ig. 3 geht aus der in Fig. 2 dargestellten bekannten Basis-Schaltung hervor. Die Schaltung in Fig.3

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umfaßt einen Transistor 11 in Basis-Schaltung, der dem Transistor 11 in Fig. 2 entspricht. Sein Kollektor-Widerstand besteht jedoch nicht aus einem Widerstand 9 wie in Fig. 2, sondern aus einer KonstantstroraqueHe mit einem Transistor 12, einem Basic-Spannungs-Teiler aus den Widerständen 14 und 15 und einem Emitter-Widerstand 15· Üer Transistor 12 besitzt gegenüber dem Transistor 11 entgegengesetzt dotierte Zonen. Durch die Wirkung der Konstantstromquelle ist der Kollektorstrom I. des Transistors 11 konstant. Eine Übersteuerung des Transistors 11 kann nur dadurch vermieden werden, daß auch der Emitter-Strom des Transistors 11 konstant gehalten wird. Dazu muß, wie später beschrieben, der Signalstrom i, der auf den Emitter des Transistors 11 gelangt, durch eine zusätzliche Stromquelle kompensiert werden. Infolge des konstant gehaltenen Emitter-Stromes ist dann auch die Basis-Emitter-Spannung des Transistors 11 konstant. Mit dem Emitter des Transistors 11 ist ein Emitter-Widerstand 10 verbunden, der an einer Betriebsspannungsquelle -U-r. liegt. Außerdem ist der Emitter über einen Widerstand 3 und einen Kondensator 18 mit einer Eingangsklemme

I der Schaltung verbunden. Über diese Eingangsklemme wird dem Emitter des Transistors 11 der Signalstrom i zugeführt.

Die durch die Konstantstromquelle erzielte konstante Basis-Emitter-Spannung des Transistors führt zu dem erwünschten sehr kleinen Eingangswiderstand am Emitter des Transistors Zur Einstellung einer bestimmten Verstärkung befindet sich zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Transistors 11 ein Gegenkopplungsweg mit einem Transistor 16. Wie der Transistor 12, besitzt auch dieser Transistor gegenüber dem Transistor 11 entgegengesetzt dotierte ZoDen. Die Basis des Transistors 16 wird durch die am Kollektor des Transistors

II auftretende Spannung gesteuert. Diese Spannung stellt sich so ein, daß der Kollektorstrom des Transistors 16 den Signal-Eingangsstrom . soweit kompensiert, daß über den Emitter des Transistors 11 nur noch der geringe Signal-Reststrom fließt, der erforderlich ist, um an dem sehr großen

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Eingangswiderstand des Transistors 16 die Spannung u-^i . R^ zu erzeugen. Der äußerst geringe Reststrom bewirkt am Emitter des Transistoi'S 11 und damit am Eingang der Schaltung praktisch keine Spannungsänderung. Dies ist gleichbedeutend mit einem nahezu verschwindenden Eingangswiderstand. Wegen des am Kollektor des Transistors 11 erforderlichen großen Arbeitswiderstandes läßt sich das Ausgangssignal hier nicht abgreifen. Es bietet sich an, den Transistor 16 gleichzeitig als Impedanzwandler auszunutzen, indem er bezüglich der Nutzsignalo in Kollektorschaltung betrieben wird. Die Ausgangssignale werden vom Emitter des Transistors ggf. über einen weiteren Impedanzwandler und über einen Kondensator 19 der Ausgangsklerame 2 zugeführt. Die Kondensatoren 18 und 19 sind vorgesehen, da am Emitter des Transistors 11 und am Emitter des Transistors 16 unterschiedliche Gleichspannungspotentiale auftreten.

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Claims (4)

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   Patentansprüche

   Nichtinvertierender Verstärker mit einem in Basis-Schaltung betriebenen Transistor, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung eines sehr geringen Eingangswiderstandes der Kollektor des Transistors (11) mit einer eine Konstant-Stromquelle bildenden Schaltung (12 ... 15) .verbunden ist, und vom Kollektor zum Emitter des Transistors (11) ein Gegenkopplungsweg (16) führt.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß als Konstant-Stromquelle der Kollektor eines in Emitter-Schaltung mit Stromgegenkopplung (13) betriebenen Transistors (12) dient.
3. 3- Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Gegenkopplungsweg einen Transistor (16) umfaßt, dessen Basis mit dem Kollektor und dessen Kollektor mit dem Emitter des in Basis-Schaltung betriebenen Transistors (11) verbunden ist.
4. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3i dadurch gekennzeichnet , daß der im Gegenkopplungsweg angeordnete Transistor eine Stromgegenkopplung über einen Emitter-Widerstand (17) erhält und daß am Emitter des Transistors (16) die Ausgangssignale abgreifbar sind.

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   ORIGINAL INSPECTED