DE2945538C2

DE2945538C2 -

Info

Publication number: DE2945538C2
Application number: DE2945538A
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Ing. 3007 Gehrden De Scholz
Original assignee: Telefunken Fernseh und Rundfunk GmbH
Current assignee: Deutsche Thomson oHG
Priority date: 1977-12-19
Filing date: 1979-11-10
Publication date: 1987-12-17
Also published as: DE2945538A1; US4268798A

Description

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

Für viele Anwendungszwecke werden Verstärker benötigt, deren Eingangswiderstand R _i in einem möglichst großen Frequenzbereich die Bedingung R _i gegen O erfüllt, wie z. B. Summierverstärker und regelbare Verstärker. Aus P. Lambrechts, "Kursus Entwurftechnik Halbleiter-Schaltungen", zweite Auflage, Sonderdruck aus Elektor, Fachzeitschrift für Elektronik Januar, Februar, März, April, Mai, Juni, September, Oktober 1971, Seiten 17 bis 29 und Seiten 33 bis 46 ist eine Transistorgrundschaltung mit einem in Basis-Schaltung betriebenen Transistor bekannt. Eine solche Schaltung besitzt im Vergleich zu anderen Grundschaltungen zwar eine verhältnismäßig niedrige Eingangsimpedanz, gegenüber gegengekoppelten Operationsverstärkern vermag sie bei niedrigen Frequenzen jedoch bei weitem nicht die niedrigen Impedanzen zu erzielen, die bei Operationsverstärkern möglich sind.

Die erwähnte Literaturstelle enthält auch weitere Grundschaltungen sowie Schaltungsvorschläge für Gegenkopplungen und die entsprechenden Rechengrundlagen, es finden sich jedoch keine Hinweise, diese Grundschaltungen zu einer Verringerung des Eingangswiderstandes der Transistorstufe in Basis-Schaltung einzusetzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Eingangswiderstand einer einfachen Transistorstufe in Basis-Schaltung auf einen möglichst niedrigen Wert herabzusetzen, wie er z. B. mit Operationsverstärkern bei niedrigen Frequenzen erreichbar ist.

Diese Aufgabe wird bei einem nichtinvertierenden Verstärker gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 durch die im Kennzeichen angegebenen Merkmale gelöst.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung erläutert, in der die Fig. 1 und 2 bekannte Grundschaltungen zur Erläuterung der Berechnung der Eingangsimpedanz und Fig. 3 die erfindungsgemäße Schaltung zeigen.

In den Fig. 1 und 2 sind verschiedene, nichtinvertierende Verstärkungsstufen dargestellt. Die angegebenen Formeln für die Ausgangsspannung U₂ gelten nur dann exakt, wenn die Spannung U₁ über den Widerstand R₃ auf einen Verstärker- Eingang mit dem Innenwiderstand O gegeben wird.

Bei niedrigen Frequenzen erfüllen Operationsverstärker wegen ihrer großen Leerlaufverstärkung diese Bedingung in nahezu idealer Weise. Um die Spannung U₂ am Ausgang zu erzeugen, ist fast keine Spannung am Eingang erforderlich. Dieses Verhalten ist gleichbedeutend mit einem sehr kleinen Eingangs- Widerstand. Fig. 1 zeigt eine derartige nichtinvertierende Operationsverstärkerstufe. 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 anliegen muß, damit am Ausgang die Spannung U₂ auftritt. Diese Eingangsspannung ist gleichbedeutend mit dem Spannungsabfall des Eingangsstromes

am nicht mehr vernachlässigbar kleinen Innenwiderstand R _i.

Fig. 2 zeigt eine einfache Verstärkungsstufe, deren Eingangswiderstand von den Verstärkungseigenschaften des Transistors abhängt. Wegen der geringen 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 Schaltung in Fig. 3 geht aus der in Fig. 2 dargestellten bekannten Basisschaltung hervor. Die Schaltung in Fig. 3 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 Konstantstromquelle mit einem Transistor 12, einem Basis-Spannungs-Teiler aus den Widerständen 14 besitzt gegenüber dem Transistor 11 entgegengesetzt dotierte Zonen. Durch die Wirkung der Konstantstromquelle ist der Kollektorstrom I₁ 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 _B liegt. Außerdem ist der Emitter über einen Widerstand 3 und einen Kondensator 18 mit einer Eingangsklemme 1 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 11. 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 Zonen. Die Basis des Transistors 16 wird durch die am Kollektor des Transistors 11 auftretende Spannung gesteuert. Diese Spannung stellt sich so ein, daß der Kollektorstrom des Transistors 16 den Signal-Eingangsstrom i soweit kompensiert, daß über den Emitter des Transistors 11 nur noch der geringe Signal-Reststrom fließt, der erforderlich ist, um an dem sehr großen Eingangswiderstand des Transistors 16 die Spannung u₂≈i · Rk₁₇ zu erzeugen. Der äußerst geringe Reststrom bewirkt am Emitter des Transistors 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 Nutzsignale in Kollektorschaltung betrieben wird. Die Ausgangssignale werden vom Emitter des Transistors ggf. über einen weiteren Impedanzwandler und über einen Kondensator 19 der Ausgangsklemme 2 zugeführt. Die Kondensatoren 18 und 19 sind vorgesehen, da am Emitter des Transistors 11 und am Emitter des Transistors 16 unterschiedliche Gleichspannungspotentiale auftreten.

Claims

1. Nichtinvertierender Verstärker mit einem in Basis-Schaltung betriebenen Transistor, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung eines sehr geringen Eingangswiderstandes der Kollektor des Transistors (11) mit dem Kollektor eines in Emitter-Schaltung mit Stromgegenkopplung (13) betriebenen Transistor (12) als eine Konstant-Stromquelle bildende Schaltung (12 . . . 15) verbunden ist und vom Kollektor zum Emitter des Transistors (11) ein Gegenkopplungsweg führt, der einen Transistor (16) umfaßt, dessen Basis mit dem Kollektor und dessen Kollektor mit dem Emitter des in Basis-Schaltung betriebenen Transistor (11) verbunden ist, 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.