DE3106528A1

DE3106528A1 - "verstaerkerschaltung"

Info

Publication number: DE3106528A1
Application number: DE19813106528
Authority: DE
Inventors: Johannus Petrus Hendrikus Knijnenburg; Bernardus 6534 Nijmegen Verhoeven
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1980-02-25
Filing date: 1981-02-21
Publication date: 1981-12-24
Also published as: CA1149029A; FR2476936B1; GB2070377B; GB2070377A; FR2476936A1; NL8001116A; DE3106528C2; SG22084G; IT1135576B; JPH0158684B2; US4409558A; IT8119905A0; JPS56132003A

Description

M.V.Philips'Gloeilampenfabrieken PHN 9690

Verstärkerschaltung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verstärkerschaltung mit einem Eingang und einem Ausgang, sowie einem ersten und einem zweiten Transistor vom gleichen Leitungstyp, wobei die Basis-Elektroden dieser Transistoren miteinander verbunden sind, die Emitter-Elektrode des ersten Transistors mit dem Eingang verbunden ist, der Emitter des zweiten Transistors über einen ersten Widerstand mit einem ersten Verbindungspunkt verbunden ist, der Kollektor des ersten Transistors mit einer Ruhestromquelle verbunden ist und der Kollektor des zweiten Transistors mit dem Ausgang und über einen zweiten Widerstand mit einem Speisungsanschlußpunkt verbunden ist.

Eine derartige Verstärkerschaltung findet u.a. Anwendung in SOAR-Sicherungsschaltungen in integrierten Leistungsverstärkern, wie sie u.a. aus "Neues aus der Technik", Nr. 3, 1977, Aufsatz Nr. 406, S. 4, bekannt sind.

Dem Eingang wird dabei eine Spannung zugeführt, die ein Maß für die Strom-, Spannungs- und/oder Leistungsbelastung eines Endtransistors im Leistungsverstärker ist. Die Verstärkerschaltung ist dabei derart bemessen, daß am kritischen Punkt, d.h. am Punkt, an dem die Sicherungsschaltung ansprechen muß, die Spannung über dem ersten Widerstand gleich der Spannung an diesem Eingang ist. An diesem Punkt wirkt die Kombination des zweiten und des ersten Transistors, der in dieser bekannten Schaltung als Diode ausgebildet ist, wie ein Stromspiegel. Ein dem von der Ruhestromquelle gelieferten Strom gleicher Strom fließt dabei über den ersten Widerstand und erzeugt über diesem Wider-

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stand eine Spannung, auf die die Schaltung ansprechen kann, um die Steuerung dieses gesicherten Endtransistors zu beschränken.

Insbesondere bei einer in der Praxis meistens verwendeten integrierten Schaltung mit einem p-leitenden Substrat werden der erste und der zweite Transistor, wenn sie pnp-Transistoren sind, lateral ausgeführt, weshalb sie einen verhältnismäßig niedrigen Stromverstärkungsfaktor, der außerdem eine sehr große Streuung infolge von Prozeßänderungen aufweist, haben. Dadurch ist der Kollektorstrom des zweiten Transistors am genannten Ansprechpunkt nicht gleich dem Kollektorstrom des ersten Transistors und in großem Maße von Prozeßänderungen abhängig, wodurch der Punkt, an dem die Sicherungsschaltung anspricht, eine große Streuung aufweist. Dies ist sehr unerwünscht, weil zum Erreichen einer maximalen Ausgangsleistung mit einer integrierten Schaltung die Sicherung der Endtransistoren erst bei einem extremen Wert wirksam werden darf.

Die Erfindung bezweckt, eine Verstärkerschaltung der eingangs genannten Art anzugeben, bei der die Spannung am Ausgang bei einer Spannung am Eingang, bei der die Spannung über dem ersten Widerstand gleich der Spannung an diesem Eingang ist, in sehr geringem Maße von dem Stromverstärkungsfaktor des ersten und des zweiten Transistors abhängig ist.

Die Erfindung ist dazu gekennzeichnet durch eine Basis^j0 ansteuerschaltung mit einem Eingang, der mit der Kollektor-Elektrode des ersten Transistors verbunden ist, einem Spannungsfolgeausgang, der mit den Basis-Elektroden des ersten und des zweiten Transistors verbunden ist, um diese Basis-Elektroden derart anzusteuern, daß der erste Tran-

sistor einen Strom gleich dem Ruhestrom der Ruhestromquelle

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führt, und einem Basisstromabflußausgang, an dem wenigstens ein Teil der Basisströme des ersten und des zweiten Transistors erscheint, wobei dieser Basisstromabflußausgang mit einer Anzapfung des zweiten Widerstandes an einer derartigen Stelle verbunden ist, daß die Spannung über dem zweiten Widerstand in sehr geringem Maße von den Stromverstarkungsfaktoren des ersten und des zweiten Transistors abhängig ist, wenn die Spannung am Eingang der Spannung über dem ersten Widerstand entspricht.

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Durch die Steuerung an einer Anzapfung des zweiten Wider- s* Standes ergibt eine Änderung der Stromverstärkungsfaktoren beider Transistoren, welche Änderung eine Änderung im Kollektorstrom des zweiten Transistors zur Folge hat, eine entgegengesetzte Änderung des der Anzapfung des zweiten Widerstandes zugeführten Stroms, was bei einer z.B. durch Versuche zu bestimmenden richtigen Anordnung dieser Anzapfung zu einem nahezu vollständigen Ausgleich

am genannten Ansprechpunkt führt.
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Eine Ausführungsform der Erfindung ist in C.er Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

In der Zeichnung ist der Transistor T der zu sichernde Leistungstransistor. In die Kollektorleitung des Transistors T ist der Widerstand 5 zum Messen des Kollektorstroms des Transistors T aufgenommen, wobei dieser Widerstand in der Regel sehr klein gewählt wird und z.B. durch den Widerstand einer Verbindungsbahn oder eines Verbindungspunktes gebildet sein kann. Zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Transistors T ist ein Spannungsteiler mit Widerständen 6 und 7 zum Messen der Kollektor-Emitterspannung des Transistors T angeordnet. Der Knotenpunkt der Widerstände 6 und 7 ist mit dem Eingang A der Sicherungsschaltung verbunden und die Spannung V_A am Punkt A kann durch passende Wahl der Werte der Widerstände 5, 6 und

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7 für Strom-, Spannungs- und Leistungsbegrenzung eine optimale Funktion des Stromes durch und die Spannung über dem zu sichernden Transistor T sein. Die Sieherungsschaltung enthält einen Verstärker, der aus pnp-Transistoren T₁ und T₂ besteht, deren Basis-Elektroden miteinander verbunden sind. Die Emitter-Elektrode des Transistors T₁ ist mit dem Eingang A verbunden, während der Emitter des Transistors Tp über einen Widerstand 1 mit dem Speisungsanschlußpunkt +V_ß verbunden ist. Der Kollektor des Transistors T₁ ist mit einer Ruhestromquelle 4 mit einer Stromstärke Iq verbunden, während der Kollektor des Transistors Tp mit einem Ausgang B und über Widerstände 2 und 3 mit einem negativen Speisespannungsanshluß -V_ verbunden ist. Die Basis-Elektroden der Transistoren T₁ und T₂ sind mit den Emitter-Elektroden eines Transistors T, verbunden, dessen Basis-Elektrode mit der Kollektor-Elektrode des Transistors T₁ und dessen Kollektor-Elektrode mit dem Knotenpunkt zwischen den Widerständen 2 und 3 verbunden ist. Der Transistor T, steuert den Transistor T₁ derart, daß dieser den von der Stromquelle 4 gelieferten Strom Iq führt. Der Ausgang B führt zu der Basis des Transistors T^, der mit einem Transistor T₁- als Differenzpaar geschaltet ist. Die Basis-Elektrode des Transistors T,- ist mit einem an der Bezugsspannung V~ liegenden Punkt C verbunden.

Die Kollektor-Elektrode des Transistors Τλ ist mit der

Basis-Elektrode des zu sichernden Transistors T verbunden.

Der Widerstand 1 ist derart bemessen, daß, wenn die Spannung V. einen Wert erreicht, bei dem der Transistor T ge-

^:i0 sichert werden muß, die Transistoren T₁ und T₂ beide den von der Stromquelle 4 gelieferten Strom I_Q führen (abgesehen von BasisStromverlust). Die Widerstände 2 und 3 sind dabei dann derart bemessen, daß in diesem Falle die Spannung V_ß am Punkt B gleich der Bezugsspannung V_rej> ist. Am Sicherungseinstellpunkt wird der Strom, der von der gemein-

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samen Emitterstromquelle 8 den Transistoren T^ und T^ geliefert wird, von dem Transistor Tc auf den Transistor T-übertragen und über den Kollektor des Transistors T₅ der Basis-Elektrode des zu sichernden Transistors T entzogen, der dadurch an diesem Sbherungspunkt in bezug auf die Aussteuerung begrenzt wird.

Der Stromverstärkungsfaktor β der lateralen pnp-Transistoren T*, T₂, T, weist in bezug auf Prozeßänderungen Streuung auf und ist außerdem in großem Maße von dem Wert des Einstellstroms I₀ abhängig, der infolge von Prozeßänderungen eine Streuung aufweisen kann. In der Praxis kann dies in integrierten Schaltungen, bei denen das angewandte Integrationsverfahren für verhältnismäßig große Ströme benutzt ist, eine Änderung des Faktors β zwischen z.B. 3 und 30 bedeuten, was zu einer Abweichung im Kollektorstrom des Transistors T₂ in bezug auf den Strom I_Q von maximal + 15 % führen kann; dies führt wieder zu einem gleich großen Fehler in der Spannung V_ß, somit im Wert der Spannung V., bei der die Ansteuerung des Transistors T begrenzt wird. Dies ist für die Sicherung von Transistoren in integrierten Leistungsverstärkern eine unzulässige Änderung und bedeutet in der Praxis, daß der Transistor T auf eine 15 % niedrigere Verlustleistung begrenzt wird als optimal möglich ist.

Nach der Erfindung kann dieses Problem dadurch vermieden werden, daß die Transistoren T^ und T₂ über den Transistor T, angesteuert werden oder, was auch möglich ist, daß eine aus mehreren Transistoren aufgebaute Transistorkonfiguration verwendet wird und der Kollektorstrom des Transistors T, oder der Ausgangsstrom einer solchen Kombination zu einer Anzapfung zwischen den Widerständen 2 und 3 geführt wird, wodurch dieser Kollektorstrom eine zusätzliche Spannung am Punkt B herbeiführt. Eine Abnahme des Strom-

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Verstärkungsfaktors der Transistoren T₁ und T₂ führt eine Abnahme des KollektorStroms des Transistors T₂ und zu gleicher Zeit eine Zunahme des Kollektorstroms des Transistors T, herbei, so daß durch passende Wahl des Verhältnisses der Widerstände 2 und 3 der Effekt einer Änderung im Faktor β auf die Spannung Vg in hohem Maße beseitigt wird.

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Claims

PHN 9690 PATENTANSPRÜCHE: 3106

(jjl Verstärkerschaltung mit einem Eingang und einem Ausgang sowie einem ersten und einem zweiten Transistor vom gleichen Leitungstyp, wobei die Basis-Elektroden dieser Transistoren miteinander verbunden sind, die Emitter-Elektorde des ersten Transistors mit dem Eingang verbunden ist, der Emitter des zweiten Transistors über einen ersten Widerstand mit einem ersten Verbindungspunkt verbunden ist, der Kollektor des ersten Transistors mit einer Ruhestromquelle verbunden ist und der Kollektor des zweiten Transistors mit dem Ausgang und über einen zweiten Widerstand mit einem Speisungsanschlußpunkt verbunden ist, gekennzeichnet durch eine Bas is ans teuer schaltung (T-*) mit einem Eingang, der mit der Kollektor-Elektrode des ersten Transistors (T^) verbunden ist, einem Spannungsfolgeausgang, der mit den Basis-Elektroden des ersten und des zweiten Transistors (T₂)verbunden ist, um diese Basis-Elektroden derart anzusteuern, daß der erste Transistor einen Strom gleich dem Ruhestrom (I_Q) der Ruhestromquelle (4) führt, und einem Basisstromabflußausgang, an dem wenigstens ein Teil der Basisströme des ersten und des zweiten Transistors erscheint, wobei dieser Basisstromabflußausgang mit einer Anzapfung des zweiten Widerstandes (2, 3) an einer derartigen Stelle verbunden ist, daß die Spannung (V_ß) über dem zweiten Widerstand in sehr geringem Maße von den Strom-Verstärkungsfaktoren des ersten und des zweiten Transistors abhängig ist, wenn die Spannung am Eingang (A) der Spannung über dem ersten Widerstand (1) entspricht.
2. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Basisansteuerschaltung ein Transistor (T,) vom gleichen Leitungstyp wie der erste und zweite

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Transistor (T^, Tp) dient, dessen Basis mit dem Kollektor des ersten Transistors (T₁) und dessen Emitter mit den Basen des ersten bzw. des zweiten Transistors verbunden ist und dessen Kollektor an die Anzapfung des zweiten Widerstandes (2, 3) angeschlossen ist.

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