DE3106528C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verstärkerschaltung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige Ver­ stärkerschaltung findet u. a. Anwendung in SOAR-Sicherungs­ schaltungen in integrierten Leistungsverstärkern, wie sie u. a. aus "Neues aus der Technik", Nr. 3, 1977, Aufsatz Nr. 406, S. 4, bekannt sind. Weiter ist aus der DE-OS 24 24 812 eine Stromspiegelschaltung bekannt mit einer Basisansteuerschaltung mit einem Eingang, der mit dem Kollektor eines ersten Transistors verbunden ist, mit einem Spannungsfolgeausgang, der mit der Basis des ersten und eines zweiten Transistors verbunden ist, und einem Basisstromabflußausgang, der mit dem Speisungsanschluß­ punkt verbunden ist.

Dem Eingang wird dabei eine Spannung zugeführt, die ein Maß für die Strom-, Spannungs- und/oder Leistungsbelastung eines Endtransistors im Leistungsverstärker ist. Die Verstärker­ schaltung ist dabei derart bemessen, daß am kritischen Punkt, d. h. am Punkt, an dem die Sicherungsschaltung an­ sprechen 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 Transi­ stors, der in dieser bekannten Schaltung als Diode ausge­ bildet ist, wie ein Stromspiegel. Ein dem von der Ruhe­ stromquelle gelieferten Strom gleicher Strom fließt dabei über den ersten Widerstand und erzeugt über diesem Wider­ stand eine Spanung, auf die die Schaltung ansprechen kann, um die Steuerung dieses gesicherten Endtransistors zu be­ schränken.

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 Prozeßände­ rungen 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 ein­ gangs 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 Stromverstär­ kungsfaktor des ersten und des zweiten Transistors abhängig ist.

Die Erfindung ist dazu gekennzeichnet durch eine Basis­ 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 führt, und einem Basisstromabflußausgang, an dem wenigstens ein Teil der Basisströme des ersten und des zweiten Tran­ sistors 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 Stromverstärkungs­ faktoren des ersten und des zweiten Transistors abhängig ist, wenn die Spannung am Eingang der Spannung über dem ersten Widerstand entspricht.

Durch die Steuerung an einer Anzapfung des zweiten Wider­ 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.

Eine Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

In der Zeichnung ist der Transistor T _p der zu sichernde Leistungstransistor. In die Kollektorleitung des Tran­ sistors T _p ist der Widerstand 5 zum Messen des Kollektor­ stroms des Transistors T _p aufgenommen, wobei dieser Wider­ stand in der Regel sehr klein gewählt wird und z. B. durch den Widerstand einer Verbindungsbahn oder eines Verbin­ dungspunktes gebildet sein kann. Zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Transistors T _p ist ein Spannungs­ teiler mit Widerständen 6 und 7 zum Messen der Kollektor- Emitterspannung des Transistors T _p angeordnet. Der Knoten­ punkt 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 7 für Strom-, Spannungs- und Leistungsbegrenzung eine opti­ male Funktion des Stromes durch und die Spannung über dem zu sichernden Transistor T _p sein. Die Sicherungsschaltung enthält einen Verstärker, der aus pnp-Transistoren T ₁ und T ₂ besteht, deren Basis-Elektroden miteinander verbunden sind. Die Emitter-Elektrode des Transistors T ₁ ist mit dem Eingang A verbunden, während der Emitter des Tran­ sistors T ₂ über einen Widerstand 1 mit dem Speisungsan­ schlußpunkt +V _B verbunden ist. Der Kollektor des Transi­ stors T ₁ ist mit einer Ruhestromquelle 4 mit einer Strom­ stärke I ₀ verbunden, während der Kollektor des Transistors T ₂ mit einem Ausgang B und über Widerstände 2 und 3 mit einem negativen Speisespannungsanschluß -V _s verbunden ist. Die Basis-Elektroden der Transistoren T ₁ und T ₂ sind mit den Emitter-Elektroden eines Transistors T ₃ verbunden, dessen Basis-Elektrode mit der Kollektor-Elektrode des Transistors T ₁ und dessen Kollektor-Elektrode mit dem Knotenpunkt zwischen den Widerständen 2 und 3 verbunden ist. Der Transistor T ₃ steuert den Transistor T ₁ derart, daß dieser den von der Stromquelle 4 gelieferten Strom I ₀ führt. Der Ausgang B führt zu der Basis des Transistors T ₄, der mit einem Transistor T ₅ als Differenzpaar geschaltet ist. Die Basis-Elektrode des Transistors T ₅ ist mit einem an der Bezugsspannung V _ref liegenden Punkt C verbunden. Die Kollektor-Elektrode des Transistors T ₄ ist mit der Basis-Elektrode des zu sichernden Transistors T _p verbunden.

Der Widerstand 1 ist derart bemessen, daß, wenn die Spannung V _A einen Wert erreicht, bei dem der Transistor T _p ge­ sichert werden muß, die Transistoren T ₁ und T ₂ beide den von der Stromquelle 4 gelieferten Strom I ₀ führen (abge­ sehen von Basisstromverlust). Die Widerstände 2 und 3 sind dabei dann derart bemessen, daß in diesem Falle die Spannung V _B am Punkt B gleich der Bezugsspannung V _ref ist. Am Sicherungseinstellpunkt wird der Strom, der von der gemein­ samen Emitterstromquelle 8 den Transistoren T ₄ und T ₅ geliefert wird, von dem Transistor T ₅ auf den Transistor T ₄ übertragen und über den Kollektor des Transistors T ₅ der Basis-Elektrode des zu sichernden Transistors T _p entzogen, der dadurch an diesem Sicherungspunkt in bezug auf die Aussteuerung begrenzt wird.

Der Stromverstärkungsfaktor β der lateralen pnp-Transi­ storen T ₁, T ₂, T ₃ weist in bezug auf Prozeßänderungen Streuung auf und ist außerdem in großem Maße von dem Wert des Einstellstroms I ₀ abhängig, der infolge von Prozeß­ änderungen eine Streuung aufweisen kann. In der Praxis kann dies in integrierten Schaltungen, bei denen das ange­ wandte Integrationsverfahren für verhältnismäßig große Ströme benutzt ist, eine Änderung des Faktors β zwischen z. B. 3 und 30 bedeuten, was zu einer Abweichung im Kollek­ torstrom des Transistors T ₂ in bezug auf den Strom I ₀ von maximal ±15% führen kann; dies führt wieder zu einem gleich großen Fehler in der Spannung V _B , somit im Wert der Spannung V _A , bei der die Ansteuerung des Transistors T _p begrenzt wird. Dies ist für die Sicherung von Transistoren in integrierten Leistungsverstärkern eine unzulässige Änderung und bedeutet in der Praxis, daß der Transistor T _p auf eine 15% niedrige Verlustleistung begrenzt wird als optimal möglich ist.

Nach der Erfindung kann dieses Problem dadurch vermieden werden, daß die Transistoren T ₁ und T ₂ über den Transistor T ₃ angesteuert werden oder, was auch möglich ist, daß eine aus mehreren Transistoren aufgebaute Transistorkonfigu­ ration verwendet wird und der Kollektorstrom des Transistors T ₃ 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 verstärkungsfaktors der Transistoren T ₁ und T ₂ führt eine Abnahme des Kollektorstroms des Transistors T ₂ und zu gleicher Zeit eine Zunahme des Kollektorstroms des Tran­ sistors T ₃ herbei, so daß durch passende Wahl des Ver­ hältnisses der Widerstände 2 und 3 der Effekt einer Ände­ rung im Faktor β auf die Spannung V _B in hohem Maße besei­ tigt wird.

Claims (2)

1. Verstärkerschaltung mit einem Eingang und einem Ausang sowie einem ersten und einem zweiten Transistor vom gleichen Leitungstyp, wobei die Basis-Elektroden dieser Transistoren miteinander verbunden sind, die Emitter-Elek­ trode 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 Ruhestrom­ quelle verbunden ist und der Kollektor des zweiten Tran­ sistors mit dem Ausgang und über einen zweiten Widerstand mit einem Speisungsanschlußpunkt verbunden ist, gekennzeichnet durch eine Basisansteuerschaltung (T ₃) mit einem Eingang, der mit der Kollektor-Elektrode des ersten Transistors (T ₁) verbunden ist, einem Spannungsfolgeausgang, der mit den Basis-Elektroden des ersten und des zweiten Transistors (T ₂) verbunden ist, um diese Basis-Elektroden derart anzusteuern, daß der erste Transistor einen Strom gleich dem Ruhestrom (I ₀) 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 derarti­ gen mit dem Speisungsanschlußpunkt nicht identischen Stelle verbunden ist, daß die Spannung (V _B ) 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 den ersten Widerstand (1) entspricht.

2. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Basisansteuerschaltung ein Transistor (T ₃ ) vom gleichen Leitungstyp wie der erste und zweite Transistor (T ₁ , T ₂ ) dient, dessen Basis mit dem Kollektor des ersten Transistors (T ₁ ) 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.