DE3142607A1

DE3142607A1 - Differential amplifier with darlington output

Info

Publication number: DE3142607A1
Application number: DE19813142607
Authority: DE
Inventors: Rolf Dr. 7107 Bad Friedrichshall Böhme
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Telefunken Electronic GmbH
Priority date: 1981-10-28
Filing date: 1981-10-28
Publication date: 1983-05-11
Also published as: DE3142607C2

Abstract

In a differential amplifier with darlington output with two pairs of transistors and one darlington stage, each emitter of each first pair of transistors is connected to a second pair of transistors whilst the collectors of the first pair of transistors are connected to a supply voltage. The second pair of transistors and the darlington stage are complementary to the first pair of transistors.

Description

Differenzverstärker mit Darlingtonausgang Differential amplifier with Darlington output

Die Erfindung betrifft einen Differenzverstärker mit Darlingtonausgang mit einem ersten Transistorpaar, dessen Basen die Eingangsklemmen darstellen, mit einem zweiten Transistorpaar sowie mit einer Darlingtonstufe.The invention relates to a differential amplifier with a Darlington output with a first pair of transistors, the bases of which represent the input terminals a second pair of transistors and a Darlington stage.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugunde, einen Differenzverstärker mit Darlingtonausgang anzugeben, der vor allem als hochwertiger Trennverstärker, als Stromquelle oder als Stromspiegel verwendbar ist, dessen Gleichtaktbereich eine Klemme der -Versorgungsspannung einschließt und der für bipolare Analogschaltkreise yeeignet ist. Außerdem soll der Differenzverstärker nach der Erfindung relativ wenige Schaltelemente aufweisen und in integrierter Form wenig Fläche beanspruchen.The invention is based on the object of a differential amplifier to be specified with Darlington output, which is primarily used as a high-quality isolating amplifier, can be used as a current source or as a current mirror, the common mode range of which is a Terminal includes the supply voltage and that for bipolar analog circuits y is suitable. In addition, the differential amplifier according to the invention should be relatively few Have switching elements and take up little space in an integrated form.

Die angegebene Aufgabe wird bei einem Differenzverstärker der eingangs erwähnten Art nach der Erfindung dadurch gelöst, daß jeder Emitter des ersten Transistorpaares mit einem Emitter des zweiten Transistorpaares verbunden ist, dafl die Kollektoren des ersten Transistorpaares mit einer Versorgungsspannung verbunden sind, daß das zweite Transistorpaar und die-Darlingtonstufe zum ersten Transistorpaar komplementär sind, daß der erste Kollektor des zweiten Transistorpaares mit einer ersten Stromquelle und dem Eingang der Darlingtonstufe verbunden ist und daß der zweite Kollektor und die Basen des zweiten Transistorpaares mit einer zweiten Stromquelle verbunden sind.In the case of a differential amplifier, the specified task is the one at the beginning mentioned type solved according to the invention in that each emitter of the first transistor pair is connected to an emitter of the second transistor pair, so that the collectors of the first transistor pair are connected to a supply voltage that the second pair of transistors and the Darlington stage complementary to the first pair of transistors are that the first collector of the second transistor pair with a first current source and the input of the Darlington stage is connected and that the second collector and the bases of the second transistor pair are connected to a second current source.

Die Erfindung wird im folgenden näher erläutert.The invention is explained in more detail below.

Die Fig. 1 zeigt eine Ausführung als Trennverstärker oder nichtinvertierenden Verstärker, die Fig. 2 zeigt eine Ausführung als spannungsgesteuerte Stromquelle, die Fig. 3 zeigt eine Ausführung als stromgesteuerte Stromquelle bzw. Stromspiegel, die Fig. 4 zeigt eine Ausführung mit verbesserter Symmetrierung und Dreifach-Darlington-Ausgangsstufe, und die Fig. 5 zeigt eine Ausführung als Trennverstärker mit einer anderen Form der Symmetrierung, Dreifach-Darlington-Ausgangsstufe und Ausgangsstrom-Bürde.Fig. 1 shows an embodiment as an isolating amplifier or non-inverting Amplifier, Fig. 2 shows an embodiment as a voltage-controlled current source, Fig. 3 shows an embodiment as a current-controlled current source or current mirror, Fig. 4 shows an embodiment with improved balancing and triple Darlington output stage, and FIG. 5 shows an embodiment as an isolating amplifier with a different shape the balancing, triple Darlington output stage and output current load.

Die Schaltung nach Fig. l weist ein erstes Transistorpaar 1, 2 vom pnp-Typ auf, dessen Basen die Eingangsklemmen darstellen und dessen Kollektoren mit dem negativen Pol 18 der Versorgungsspannung verbunden sind. Jeder Emitter des ersten Transistorpaares ist mit einem Emitter des zweiten Transistorpaares 3, 4 verbunden. Der erste Kollektor des zweiten Transistorpaares ist mit einer Stromquelle 5 und dem Eingang von zwei Transistoren 7, 8 in Darlingtonschaltung verbunden Am zweiten Kollektor des zweiten Transistorpaares sind die Basen und eine zweite Stromquelle 6 angeschlossen. Die Kollektoren der Darlingtontransistoren 7, 8 sind mit der positiven Versorgungsspannung verbunden. Der emitterseitige Ausgang ist der Ausgang (21) des Verstärkers. Im Falle des nichtinvertierenden Verstärkers V > 1 ist der Ausgang über einen Spannungsteiler, bestehend aus den Widerständen 9 und 10, mit dem invertierenden Eingang, im Falle des Trennverstärkers V = 1 direkt mit dem invertierenden Eingang verbunden.The circuit of Fig. 1 has a first pair of transistors 1, 2 from pnp type whose bases represent the input terminals and whose collectors represent are connected to the negative pole 18 of the supply voltage. Each emitter of the first transistor pair is connected to an emitter of the second transistor pair 3, 4 tied together. The first collector of the second transistor pair is connected to a current source 5 and the input of two transistors 7, 8 connected in Darlington connection Am The second collector of the second transistor pair are the bases and a second current source 6 connected. The collectors of the Darlington transistors 7, 8 are positive Supply voltage connected. The emitter-side output is the output (21) of the Amplifier. In the case of the non-inverting amplifier V> 1 the output Via a voltage divider, consisting of resistors 9 and 10, with the inverting one Input, in the case of the isolation amplifier V = 1 directly to the inverting input tied together.

Der von der zweiten Stromquelle 6 angetriebene Strom fließt durch je einen Transistor 4, 2 der Transistorenpaare und stellt die Spannung an den Basen des zweiten Transistorpaares ein. Je nach der Spannungsdifferenz an den Eingänyen stellt sich der Strom durch die linksseitigen Transistoren 1, 3 der Transistorpaare ein. Dieser Strom wird mit dem Strom der ersten Stromquelle 5 zur Differenz gebracht und steuert den Eingang der Darlingtonstufe. Die Rückkopplung des Ausyangs 21 auf den invertierenden Eingang 19 bewirkt eine Nachführung des invertierenden Einganges zum nichtinvertierenden Eingang.The current driven by the second current source 6 flows through it each one transistor 4, 2 of the transistor pairs and provides the voltage at the bases of the second pair of transistors. Depending on the voltage difference at the inputs the current is established through the left-hand transistors 1, 3 of the transistor pairs a. This current is brought to a difference with the current of the first current source 5 and controls the input of the Darlington stage. The feedback of the Ausyangs 21 on the inverting input 19 effects a tracking of the inverting input to the non-inverting input.

Die sich ergebende innere Verstärkung ist einerseits so hoch, daß sie in den meisten Anwendungen ausreicht, andererseits so klein, daß keine Stabilitätsprobleme auftreten.The resulting internal gain is on the one hand so high that it is sufficient in most applications, but on the other hand so small that there are no stability problems appear.

Insofern werden keinerlei Hilfsschaltelemente zur Frequenzgangkompensation benötigt. Die Schaltung benötigt im Kern 6 Transistoren und zwei Widerstände, als Trennverstärker keinen einzigen Widerstand. Durch den Darlington-Ausgang sind hohe Ausgangsströme trotz kleiner Ruheströme erzielbar.In this respect, no auxiliary switching elements are used for frequency response compensation needed. The core of the circuit is 6 transistors and two resistors Isolation amplifier not a single resistor. Due to the Darlington exit are high Output currents can be achieved despite small quiescent currents.

Die Fig. 2 zeigt die Ausführung der Schaltung als spannungsgesteuerte Stromquelle. Die am Eingang 22 gegen die negative Klemme der Stromversorgung angeschlossene Spannung 23 wird entsprechend der Funktion als Trennverstärker dem ausgangszeitigen Konversionswiderstand 10 zugeführt und der dadurch erzeugte Strom über die Darlingtonstufe mit der Ausgangsklemme 24 in einen Lastwiderstand 11 geleitet. Dabei unterscheidet sich der durch den Lastwiderstand 11 fließende Strom nur um die Differenz der Basisströme der Transistoren 2 und 7 vom Strom durch den Konversionswiderstand 10.Fig. 2 shows the implementation of the circuit as a voltage-controlled Power source. The one connected to input 22 against the negative terminal of the power supply Voltage 23 becomes the output time according to its function as an isolating amplifier Conversion resistor 10 supplied and the current generated through the Darlington stage fed to the output terminal 24 in a load resistor 11. It differs the current flowing through the load resistor 11 is only the difference between the base currents of the transistors 2 and 7 from the current through the conversion resistor 10.

Bei der Ausführung als stromgesteuerte Stromquelle nach Fig. 3 ist gegenüber Fig. 2 ein zweiter Konversionswiderstand 12 am Eingang vorgesehen, der den aus der Quelle 13 einfließenden Strom zunächst in eine Spannung umformt. Die Stromübersetzung der Schaltung entspricht dem Verhältnis der Konversionswiderstände 10 und 12. Gegenüber- üblichen-Stromspiegeln, die vom Flächenverhältnis zweier Transistoren ausgehen, kann so eine höhere Genauigkeit erreicht werden, weil in einer integrierten Schaltung ein Widerstandsverhältnis genauer als ein Transistorflächenverhältnis realisiert werden kann.When designed as a current-controlled current source according to FIG compared to FIG. 2, a second conversion resistor 12 is provided at the input, which the current flowing in from the source 13 is first converted into a voltage. the Current translation of the circuit corresponds to the ratio the conversion resistances 10 and 12. Opposite current mirrors, which have the area ratio of two transistors start, a higher accuracy can be achieved because in an integrated Circuit a resistance ratio more accurate than a transistor area ratio can be realized.

In den Schaltungen nach den Fig. 1 - 3 kommt es zu einer Unsymmetrie, da die Basisströme des zweiten Transistorpaares vom Strom der Stromquelle 6 subtrahiert werden. Zur Verminderung dieses Einflusses ist nach Fig. 4 ein.siebter Transistor 15 vorgesehen dessen Emitter mit den Basen und dessen Basis mit dem zweiten Kollektor des zweiten Transistorpaares 3, 4 verbunden ist, während sein Kollektor an der positiven Versorgungsspannung 20 angeschlossen ist. Dadurch wird die Störung um die Stromverstärkung des siebten Transistors reduziert. Entsprechend kann auch die Störung durchden Eingangsstrom der Darlingtonstufe reduziert werden, indem ein weiterer Transistor 14 vorgeschaltet wird.In the circuits according to FIGS. 1 - 3 there is an asymmetry, since the base currents of the second transistor pair are subtracted from the current of the current source 6 will. To reduce this influence, a seventh transistor is shown in FIG 15 provided its emitter with the bases and its base with the second collector of the second transistor pair 3, 4 is connected, while its collector is connected to the positive Supply voltage 20 is connected. This causes the disturbance to the current gain of the seventh transistor is reduced. The interference from the input current can also be corresponding the Darlington stage can be reduced by connecting a further transistor 14 upstream will.

Eine andere Möglichkeit zur Verbesserung der Symmetrie ergibt sich durch Anwendung der sogenannten Wilsonschaltung nach Fig. 5. Dabei werden die Basen des zweiten Transistorpaares 3,- 4 mit dem ersten Kollektor verbunden, an dem auch der Emitter-des siebten Transistors 16 angeschlossen ist. Der Kollektor des siebten Transistors ist am Eingang der Darlingtonstufe und der ersten Stromquelle 5 und die-Basis des siebten Transistors ist am zweiten Kollektor des zweiten Transistorpaares 3, 4 und der zweiten Stromquelle 6 angeschlossen. Die Anwendung dieser Schaltung ergibt bei gleichen Transistoren eine nahezu volikommene Symmetrie.Another way to improve the symmetry arises by using the so-called Wilson circuit according to FIG. 5. The bases of the second transistor pair 3, - 4 connected to the first collector, to which also the emitter of the seventh transistor 16 is connected. The collector of the seventh The transistor is at the input of the Darlington stage and the first current source 5 and the base of the seventh transistor is at the second collector of the second transistor pair 3, 4 and the second power source 6 connected. The application of this circuit results in an almost complete symmetry with the same transistors.

In den Schaltungen nach den Fig. 1 bis 3 ist der Ausgangsstrom proportional zur Spannung über der negativen Versorgungsleitung und geht gegen null, wenn diese gegen null geht. SpannungssprÜnye, die mit einer Verminderung der Ausgangsspannung verbunden sind, verlaufen dadurch iangsamer als positive Spannungssprünge. Zur Verminderung dieses Effektes dient die in Fig. 5 dargestellte Stromquelle 17, die für eine konstante Strombürde der Darlingtonstufe sorgt. Infolge der Restspannung des Stromquellentransistors darf dann die Ausgangs spannung nicht zu null gemacht werden.In the circuits of FIGS. 1 to 3, the output current is proportional to the voltage across the negative supply line and goes to zero when this goes towards zero. Voltage jumps that result in a reduction in the output voltage connected, run slower as positive voltage jumps. The current source 17 shown in FIG. 5 serves to reduce this effect. which ensures a constant current load of the Darlington stage. As a result of the residual stress of the current source transistor must then not make the output voltage to zero will.

Die in den Fig. 1 bis 5 dargestellten.Schaltungen können ebensogut komplementär ausgeführt werden, wobei pnp-Transistoren durch npn-Transistoren und umgekehrt zu ersetzen sind und die Polarität der Versorgungsspannung umzukehren ist.The circuits shown in Figures 1 to 5 can just as well are designed to be complementary, where pnp transistors and npn transistors the other way round are to be replaced and the polarity of the supply voltage is to be reversed is.

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Claims

Claims differential amplifier with Darlington output with a first pair of transistors, whose bases represent the input terminals, with a second Pair of transistors and with a Darlington stage, characterized in that each Emitter of the first transistor pair (1,2) with an emitter of the second transistor pair (3,4) is connected that the collectors of the first transistor pair with a supply voltage (18) are connected that the second pair of transistors (3, 4) and the Darlington stage (7,8) are complementary to the first transistor pair (1,2) that the first collector of the second pair of transistors (3, 4) with a first current source (5) and the input the Darlington stage (7,8) is connected and that the second collector and the bases of the second transistor pair connected to a second current source (6) s-ind.

2) differential amplifier according to claim 1, characterized in that the emitter-side output of the Darlington stage (7,8) directly or via a resistor (9) with the inverting input (19) and the collector-side output of the Darlington stage is connected to the supply voltage (20).

3) differential amplifier according to claim 1 or 2, characterized in that that the collector-side output of the Darlington stage (7,8) as output (21) of the Circuit arrangement serves.

4) differential amplifier according to one of claims 1 to 3, characterized in that that from the second collector to the bases of the second transistor pair (3, 4) an emitter follower (15) is inserted.

5) differential amplifier according to one of claims 1 to 4, characterized in that that the first collector and the bases of the second pair of transistors (3,4) with the Emitter of a seventh transistor (16) are connected to that the collector of the seventh Transistor with the first current source (5) and the input of the Darlington stage (14,7,8) and that the base of the seventh transistor is connected to the second collector of the second pair of transistors (3, 4) and the second current source (6) is connected.

6) differential amplifier according to one of claims 1 to 5, characterized in that that the Darlington stage (14,7,8) is designed in 3 stages.

7) differential amplifier according to one of claims 1 to 6, characterized in that that the transistors of the current sources (5,6) have the same conductivity type as the transistors of the first transistor pair.

8) differential amplifier according to one of claims 1 to 7, characterized in that that a third current source (17) with an emitter-side output (18) of the Darlington stage connected is.