DE3143159A1

DE3143159A1 - Stromverstaerker

Info

Publication number: DE3143159A1
Application number: DE19813143159
Authority: DE
Inventors: Leonard Abraham Fords N.J. Kaplan
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1980-10-31
Filing date: 1981-10-30
Publication date: 1982-06-16
Also published as: IT1139667B; IT8124806A0; US4380740A; JPS57106205A; FR2493633A1; GB2086682A

Description

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RCA 75 693 Ks/Ri
U.S. Serial Nos 202,
Filed: October 31, 1980

RCA Corporation New York, N₀Y₀, V₀St

Stromverstärker .

Die Erfindung bezieht sich auf Transistor-Stromverstärker, deren Verstärkungsfaktor im wesentlichen unabhängig vom Verstärkungsfaktor der sie bildenden Transistoren ist=

Bei einem Bipolartransistor ist die Vorwarts-Stromverstärkung in Emitterschaltung (Beta- oder ß-Wert) nicht konstant« Der Beta-Wert ändert sich, vielmehr abhängig von Umgebungsfaktoren wie Temperatur und Strahlung_o Außerdem hängt dieser Wert von den jeweiligen Betriebsbedingungen wie etwa Kollektorstrom und Kollektorspannung abo Schließlich können die Beta-Werte je nach dem verwendeten Halbleitermaterial und abhängig von den bei der Herstellung herrschenden Bedingungen schwanken, so daß die Beta-Ver-Stärkung von Transistoren, die auf verschiedenen Halbleiterscheibchen gebildet sind, sehr unterschiedlich voneinander sein können«

Es sind sogenannte Stromspiegelverstärker bekannt, bei de-ηen die Abhängigkeit der Gesamtverstärkung vom Beta-Wert vermindert ist, weil sie durch Verhältniswerte geometrischer Größen der Transistoren bestimmt ist» Bei solchen

Anordnungen können jedoch, die von den einzelnen Bipolartransistoren gezogenen Basisströme einen eine Fehlergröße bildenden Ausdruck in die Übertragungsfunktion des Stromspiegelverstärkers einführen, so daß dessen Gesamtverstärkung immer noch eine Funktion des Beta-Werts ist. Der störende Einfluß solcher basisstrombedingten Fehler auf den Verstärkungsfaktor des Stromspiegelverstärkers ist besonders stark, wenn man Transistoren mit niedrigerem Beta-Wert (z.B. pnp-Transistoren in Lateralbauweise) verwendet oder wenn höhere Stromübertragungsverhältnisse des Stromspiegelverstärkers (z.B. Stromverstärkungen von zehn oder mehr) gewünscht werden.

Ursache und Auswirkungen der basisstrombedingten Fehlerkomponenten in einem Stromspiegelverstärker lassen sich am besten verstehen,wenn man z.B. einen einfachen Stromspiegelverstärker betrachtet, der aus einem ersten und einem zweiten Transistor besteht und worin eine direkte oder Gleichstromverbindung vom Kollektor zur Basis den ersten Transistor so einstellt, daß dieser den Eingangsstrom leitet. Der Basisstrom für beide Transistoren wird vom Verstärkereingangsstrom über diese Kollektor-Basis-Verbindung aufgebracht, ohne daß Basisstrom vom Kollektorstrom des zweiten Transistors geliefert wird. Gewöhnlieh wird in einer invertierenden Betriebsart des Stromspiegelverstärkers der Kollektorstrom des zweiten Transistors als Ausgangsstrom des Stromspiegelverstärkers verwendet, alternativ können jedoch auch in einer nichtinvertierenden Betriebsart die kombinierten Emitterströme der stromspiegelnden Transistoren als· Ausgangsstrom des Stromspiegelverstärkers herangezogen werden, wie es weiter unten noch näher erläutert wird. Wenn der Beta-Wert der Einzeltransistoren abnimmt, dann wird ein erhöhter Anteil des Eingangsstroms als Basisstrom abgezweigt, um den ersten und den zweiten Transistor zu betreiben. Daher nimmt der Verstärkungsfaktor eines solchen einfachen Stromspiegelverstärkers ab, wenn der Beta-Wert kleiner

wird«, Solche Verstärkungsänderungen sind besonders unerwünscht "bei Treiberverstärkern, die zumindest einer, minimal strom für ein Gerät liefern sollen, das z<,B_o in Automobilen verwendet wird, wo die Umgebungsbedingungen häufig sehr weit schwanken_β

Frühere Vorschläge zur Verminderung der Beta-Abhängigkeit der Stromverstärkung eines Stromspiegelverstärkers, insbesondere für den Fall niedriger Beta-Werte, können z_oB„ den RGA Technical Notes No. 94-9 (Verfasser J₀S₀ Radovsky) und Nr₀ 990 (0_aH_o Schade, Jr₀) entnommen werdei , die von der RÖA Corporation, Princeton, New Jersey, USA beide unter dem Titel "Current-mirror amplifiers having current gains less influenced by the base currents of component transistors" herausgegeben wurden„ Hier wird vorgeschlagen, in den Stromspiegelverstärker einen oder mehrere zusätzliche Transistoren einzufügen, welche die relativen Maße steuern, bis zu denen die Kollektorströme der stromspiegelnden Transistoren die Basisströme dieser Transistoren aufbringen» Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Beta-Abhängigkeit der Verstärkung eines Stromverstärkers durch andere Mittel zu reduzieren„

Die wesentlichen Merkmale eines erfindungsgemäßen Strom-Verstärkers, der diese Aufgabe löst, sind im Patentanspruch 1 angeführte Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unter an Sprüchen gekennzeichnete

Im Gegensatz zu den 0_oe_o bekannten Vorschlägen weist ein erfindungsgemäßer Stromverstärker eine Kaskadenschaltung mindestens zweier.Stromspiegelverstärker auf, deren erster mit seinem Ausgang an den Eingang des zweiten gekoppelt ist und von denen einer so ausgelegt ist, daß sein Verstärkungsfaktor abnimmt, wenn der Beta-Wert seiner Einzeltransistoren abnimmt, während der andere so ausgelegt ist, daß sein Verstärkungsfaktor zunimmt, wenn der Beta-Wert seiner Einzeltransistoren abnimmt» Somit bleibt

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-ΙΟΙ die Einzelverstärkung der beiden Stromspiegelverstärker konstant, wenn sich der Beta-Wert ändert.

Die Erfindung wird nach.steh.end an Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Figuren 1 und 2 zeigen erfindungsgemäße Stromverstärker als alternative Ausführungsformen der Erfindung;

Fig. 3 ist ein Blockschaltbild eines Stromverstärkers, der eine weitere Ausführungsform der Erfindung darstellt;

Pig. 4 zeigt in einer graphischen Darstellung die Änderung der normierten Verstärkung einzelner in den Figuren Λ und 2 gezeigter Stromspiegelverstärker als Punktion des Beta-Werts der zugehörigen Einzeltransistoren.

Der in Pig. 1 dargestellte Stromverstärker 9 empfängt an einer Klemme 10 einen Eingangssignalstrom I_x., der aus einer geeigneten Signalquelle 12 kommt. Die Ausgangsklerame des Stromverstärkers 9 ist die Klemme 20, an die eine Ausgangslast 22 zum Empfang des Ausgangsstroms Iq angeschlossen ist. Das andere Ende der Ausgangslast ist mit einem Bezugspotential an einer Klemme 26 verbunden, im vorliegenden Pail mit Massepotential. An eine Klemme 24-wird ein Versorgungspotential V™ angelegt.

Der Stromverstärker 9 enthält eine Kaskadenschaltung mit vier Stromspiegelverstärkern, von denen drei (SSV 1, SSV 1' und SSV 3) für eine invertierende Betriebsart und einer (SSV 4·) für eine nicht-invertier ende Betriebsart angeordnet sind. Bekanntlich haben bei einem invertierenden Stromspiegelverstärker der Eingangs- und der Ausgangs sign al strom entgegengesetzte Polaritäten. Bei einem nicht-invertierenden Stromspiegelverstärker haben Eingangs- und Ausgahgs-

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·- ■ ■ ■- 3143150

- 11 signalstrom gleiche Polarität»

Im nachfolgenden Text wird wie in den Zeichnungen für das Wort "Stromspiegelverstärker" der Einfachheit halber die Abkürzung SSV benutzt»

In der Schaltung nach Fig, 1 ist die Ausgangselektrode des SS? 1 mit der Eingangselektrode des SSV 1' an der Klemme 14 verbunden. Die Ausgangselektrode des SSV 1" ist mit der Eingangselektrode des SSV 3 an der Klemme 16 verbunden,und die Ausgangselektrode des SSV 3 ist mit der Eingangselektrode des SSV 4 an der Klemme 19 verbundene

Der SSV 1 besteht aus pnp-Transistoren Q1 und Q2_O Die Emitterelektroden der Transistoren Q1 und Q2 sind mit dem Versorgungspotential Yqq an der Klemme 24 verbundene Der Transistor Q1 ist durch eine Gleichstromverbindung (Direktverbindung) zwischen seiner Kollektor-= und Basiselektrode so konditioniert, daß er den Eingangsstrom I,» aufnimmt_o Di_e resultierende Basis-Emitter-Spannung (Vg-g) des Transistors Q1 wird dem Basis-Emitter-Übergang des Transistors Q2 aufgeprägt»

Die Transistoren Q1 und Q2 haben einander angepaßte t'Jbertragungskennlinien_ffl Diese Anpassung wird dadurch erreicht, daß die Transistoren Q1 und Q2 mit denselben Verfahrensschritten auf demselben Halbleitersubstrat hergestellt werden· Dies hat sum Ergebnis, daß die Kennlinien der Tranlinien der Transistoren Q1 und Q2₉ welche jeweils die Be-Ziehung zwischen Basis-Smitter-Spannung und Kollektorstrom aufz©igen₉ bei TemperaturSchwankungen einander folgen₀ Wie in der Figo 1 durch umkreiste Verhältnisfaktoren angegeben., ist die !Fläche des Emitter-Basis-Übergangs beim Transistor Q2 k-snal so groß wie beim Transistor Q1_O Als Folge davon und weil die Transistoren Q1 und Q2 gleiche V_ßE haben, ist der Kollektorstrom des Transistors Q2 k-mal so groß wie der Kollektorstrom von Q1„

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Unter der Annahme, daß der Beta-Wert der Transistoren Q1 und Q2 so groß ist, daß die Basisströme der Transistoren Q1 und Q2 vernachläßigt werden können, ist der Kollektorstrom des Transistors Q1 ungefähr gleich dem Eingangsstrom I.. Somit ist die nominelle Stromverstärkung I?/^i &^es SSV 1 gleich k.

Der SSV 1' besteht aus npn-Transistoren Q6 und Q7. Die Emitterelektroden der Transistoren Q6 und Q7 sind an die Klemme 26 angeschlossen. Der Transistor Q6 ist durch eine Direktverbindung zwischen seiner Kollektor- und Basiselektrode so konditioniert, daß er den Eingangsstrom Ig aufnimmt. Die resultierende V-n-g des Transistors Q6 ist auch die Vg-g des Transistors Q2. Da die Fläche des Basis-Emitter-Übergangs beim Transistor Q7 m-mal so groß wie beim Transistor Q6 ist, ist der Kollektorstrom des Transistors Q7 m-mal so groß wie der Kollektorstrom des Transistors Q 6. Unter der Annahme, daß die Basisströme der Transistoren Q6 und Q7 vernachläßigt werden können, ist die nominelle Stromverstärkung T-rfL^ des SSW gleich m.

Der SSV 3 besteht aus pnp-Transistoren Q3, Q4- und Q5. Die Emitterelektroden der Transistoren Q3 und Q4- sind mit der Klemme 24- verbunden. Der Transistor Q5 ist als Emitterfolger-Verstärker geschaltet, um eine Kollektor-Basis-Rückkopplung für den Transistor Q3 zu bilden und damit den Transistor Q3 so zu konditionieren, daß er den an der Klemme 16 zugeführten Strom I₇. annimmt. Da die Fläche des Basis-Emitter-Übergangs im Transistor Q4- η-mal so groß wie im Transistor Q3 ist und beide Transistoren praktisch die gleiche Vg-g haben, ist der Kollektor strom des Transistors Q4- η-mal so groß wie der Kollektor strom von Q3. Unter der Annahme, daß die Basisströme der Transistoren Q3 und Q4-vernachläßigt werden können, ist die nominelle Stromver-Stärkung I^/I* des SSV 3 gleich n.

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Der SSV 4- besteht aus Transistoren Q8, Q9 -und Q10_o T .-Emitterelektroden der Transistoren Q9 und Q9 sind mit der Ausgangsklemme 20 verbundene Der Transistor Q10 ist als Emitterfolger-Verstärker geschaltet, um eine Kollektor-Basis-Rückkopplung für den Transistor Q8 zu bilden und damit den Transistor Q8 so zu konditionieren, daß er den an der Klemme 18 zugeführten Eingangsstrom I^ aufnimmt-β Da die Fläche des Basis-Emitter-Übergangs des Transistors Q9 p-mal so groß wie diejenige des Transistors Q8 ist und beide Transistoren die gleiche V-gj. haben, ist der Kollektorstrom des Transistors Qq p-mal so groß wie der Kollektorstrom des Transistors Q8_O Der Ausgangsstrom Iq des SSV 4 ist jedoch die Summe der Emitterströme der Transistoren Q8 und Q9° Daher ist unter der Voraussetzung, daß die Basisströme der Transistoren Q8 und Q9 vernacbläßigt werden können, die nominelle Stromverstärkung Iq/Iü. des SSV 4· = ρ + I»

Die Gesamt-Stromverstärkung des Stromverstärkers 9 ist gleich dem Produkt der Stromverstärkungen der einzelnen Stroffispiegelverstarker SSV 1₉ SSV 1' , SSV 3 und SSV 4-„ Der Nominalwert der Stromverstärkung IqA^ ^{des s}t^romve^rstärkers 9 ist daher gleich kmn-(p + 1)_O Kaskadengeschaltets Stromspiegelverstärker sind besonders vorteilhaft, wenn größere Stromverstärkungen gewünscht werden_o Durch Verwendung mehrerer SSV in Kaskade wird also die Notwendigkeit umgangen, einzelne Stromspiegelverstärker mit übermäßig großem Verhältniswert der HalbleiterÜbergangsflächen auszulegen ο

'

Bis hierher wurde angenommen, daß der Beta-Wert der Einzel tr au si stör en so groß ist, daß die Basisströme dieser Transistoren vernachläßigt werden können„ In der Praxis kann jedoch der Beta-Wert so niedrig sein, daß die Basisströme beträchtliche Abweichungen vom Nominalwert der Stromverstärkung bewirken können_o

Sb bringt z.B. im SSV 1 der Eingangsstrom I^ nicht nur den Kollektorstrom des Transistors QI sondern auch die Basisströme für die pnp-Transistoren Q1 und Q2 auf. Der Ausgangsstrom I^ des SSV 1 trägt jedoch nicht zu den erforderlichen Basisströmen bei. Daher wird, wenn der Beta-Wert der Transistoren Q1 und Q2 abnimmt, ein erhöhter An- · teil des Eingangsstroms zur Lieferung der Basisströme für Q1 und Q2 abgezweigt, so daß die Verstärkung des SSV 1 abnimmt. In ähnlicher Weise nimmt die Verstärkung des SSV 1' ab, wenn der Beta-Wert der zugehörigen Einzeltransistoren Q6 und Q7 abnimmt.

Im Gegensatz hierzu nehmen die Verstärkungen des SSV 3 und des SSV 4 zu, wenn der Beta-Wert der hierzu gehörenden Transistoren abnimmt. Dies ist deswegen so, weil die jeweiligen Basisströme nicht vom Eingangssignalstrom abgezweigt werden sondern sich praktisch zum Ausgangssignalstrom hinzuaddieren.

Im SSV 3 addieren sich die Basisströme der Transistoren Q3 und Q4- zur Bildung des Emitterstroms des Transistors Q5. Falls der Beta-Wert des Transistors Q5 größer als 1 ist, wird der größte Teil des Emitterstroms des Transistors Q5 zum Kollektorstrom von Q4 addiert, um den Ausgangsstrom I^ des SSV3 zu bilden. Solange ein genügend kleiner Teil des Emitterstroms des Transistors· Q5, d.h. der Basisstrom von Q5, zum Kollektorstrom des Transistors Q3 addiert wird, um den Eingangsstrom I, des SSV 3 zu bilden, nimmt dieser Kollektorstrom nicht wesentlich ab, wenn der Beta-Wert der Transistoren Q3 und Q4· abnimmt.

Daher wird bei einer Abnahme des Beta-Werts der Transistoren Q3 und Q4- der größte Teil des zum Betreiben der Transistoren Q3 und Q4- erforderlichen erhöhten Basisstroms zum Ausgangsstrom I₇. addiert, so daß die Verstärkung des SSV 3 zunimmt.

Im SSV 4- werden die Basisströme der Transistoren Q8 und

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Q9 vom Emitterstrom des Transistors Q10 geliefert«. ^r alls der Beta-Wert des Transistors Q1O größer als 1 ist, wird der größte Teil des EmitterStroms dieses Transistors aus der Versorgungsquelle an der Klemme 24 über die Kollektorelektrode von Q1O gelieferte Solange ein genügend kleiner Teil des Emitter Stroms von Q1O, d<,h„ der Basisstrom von Q1Ojzum Kollektorstrom von Q8 addiert wird, um den Eingangsstrom I^ des SSV 4 zu bilden, nimmt dieser Kollektorstrom nicht wesentlich ab, wenn der Beta-Wert der Transistoren Q8 und Q9 kleiner wird. Daher wird bei abnehmendem Beta-Wert der Transistoren Q8 und Q9 der größte Teil des zum Betrieb der Transistoren Q8 und Q9 erforderlichen erhöhten Basisstroms aus der Versorgungsquelle über die Kollektorelektrode des Transistors Q10 gezogen und dem Ausgangsstrom Iq hinzuaddiert, so daß die Verstärkung des SSV 4 zunimmt*

Zusammenfassend gesagt nimmt die Verstärkung der Strom» Spiegelverstärker SSV 1 und SSV 1^! ab und die Verstärkung von SSV 3 und SSV 4 nimmt zu, wenn die Beta-Werte der je-= weils zugehörigen Einseitransistoren abnehmen., Daher besteht die Tendenz, daß die GesamtverStärkung des Stromverstärkers 9 konstant bleibt, wenn sich der Beta-Wert ändert»

Im einzelnen sei erwähnt, daß d©rSSV 1 und der SSV 3 aus pnp-Transistoren Q1 bis Q4 bestehen„ Die Paktoren, welche den Beta-Wert eines pap-Transistors beeinflussen, nehmen den gleichen Einfluß auf die Beta-Werte aller pnp-Transistoren auf dem gleichen Substrate Daher besteht die Tendenz, daß ©ine durch den Beta-Wert bedingte Änderung der Verstärkung des SSV 3 praktisch _{die durch den Betae=} Wert bedingte foiderung in der Verstärkung des SSV 1 korn= pensierto Der SSV 4 und der SSV 1' bestehen aus npn-Transistoren Q6 bis QiO₀ Die Faktoren, welche den Beta-Wert eines npn-Transistors beeinflussen, nehmen den gleichen

Einfluß auf die Beta-Werte aller npn-Transistoren auf demselben Substrat. Somit besteht die Tendenz, daß eine durch, den Beta-Wert bedingte Änderung der Verstärkung des SSV 4-die durch den Beta-Wert bedingte Änderung in der Verstärkung

■5 des SSV 1¹ kompensiert.

Die Fig. 2 zeigt einen Stromverstärker 8, der aus einer Kaskadenschaltung zweier nicht-invertierender Stromspiegelverstärker SSV 4- und SSV 5 besteht. Der SSV 4- ist wie

10- der SSV 4 nach Fig. 1 aufgebaut, und daher seien seine Teile auch mit den gleichen Bezugszeichen wie dort identifiziert. Die Eingangssignalquelle 12liefert einen Eingangsstrom I^ zur Klemme 10 am Eingang des SSV 5· Der Ausgangsstrom I₁- des SSV 5 wird dem Eingang des SSV 4-an der Klemme 28 zugeführt. Der Ausgang des SSV 4- liefert einen Ausgangsstrom Iq an die Ausgangslast 22 an der Klemme 20. Das andere Ende der Ausgangslast 22 ist an der Klemme 26 mit Masse verbunden.

Der SSV 5 besteht aus npn-Transistoren Q12 und Q13. Die Kollektorelektrode des Transistors Q13 ist mit dem Versorgungspotential Vqq an der Klemme 24 verbunden. Die Emitterelektroden der Transistoren Q12 und Q13 sind mit der Klemme 28 verbunden. Der Transistor Q12 ist durch eine Direktverbindung zwischen Kollektor und Basis so konditioniert, daß er den Eingangsstrom I,, aufnimmt. Die resultierende Vg-g des Transistors Q12 wird dem Basis-Emitter-Übergang des Transistors Q13 aufgeprägt. Wie in Fig. 2 angegeben, ist der Transistor Q13 r-mal so groß bemessen wie der Transistor Q12. Da die Transistoren Q12 und Q13 die gleiche V_BE haben, ist der Kollektorstrom des Transistors Q13 r-mal so groß wie der Kollektorstrom des Transistors Q12.

Der Ausgangsstrom Ir des SSV 5 ist die Summe der Emitterströme der Transistoren Q12 und Q13· Daher ist unter der Voraussetzung, daß die Basisströme der Transistoren Q12

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und Q13 vernachlässigt werden können, die nominelle Stromverstärkung Ir/L des SSV 5 gleich (r + 1)_O Der SSV 4, dessen Arbeitsweise weiter oben in Verbindung mit FIg. 1 beschrieben wurde, hat eine nominelle Stromverstärkung von (p + 1). Die Kaskadenschaltung der SSV 5 und SSV 4- hat somit eine nominelle Stromverstärkung von (r + i)*(p + 1). Es sei erwähnt, daß selbst dann, wenn alle Stromspiegeltransistoren Q8, Q9, Q12 und Q13 gleiche Größe haben, der Stromverstärker. 8 einen nominellen Verstärkungsfaktor von 4· hat»

Der Stromverstärker 8 hat dann im wesentlichen die nominelle Stromverstärkung Iq/I^, wenn die Beta-Werte der Transistoren Q8, Q9, Q12. und Q13 so groß sind, daß ent-" sprechende Basisströme vernachläßigt werden können» Wenn jedoch der Beta-Wert der Transistoren Q12 und Q13 kleiner wird, dann nimmt die Stromverstärkung IV/I. des SSV 5 abc Wenn andererseits die Beta-Werte der Transistoren Q8 und Q9 abnehmen, dann wird die Stromverstärkung T^/T,- des SSV 4 größer» Wenn also der Beta-Wert der -jeweiligen Einzeltransistoren abnimmt, ist die erhöhte Verstärkung des SSV 4 bestrebt, die Verminderung der Verstärkung des SSV zu kompensieren, so daß die Gesaratverstärkung 1₀/E des Stromverstärkers 8 konstant bleiben kann_o

Eine luie&erum ander© Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stromverstärkers ist in Figo 3 dargestellte Der Ein·= gangsstrom I. wird an der Klemme 10 zugeführt» Die Aus·= gangslast 22 ist an eine Klemme 4-0 angeschlossen, um einen Äusgangsstrom Iq zu empfangen„ Während die Stromverstärker nach den Figuren 1 und 2 eine Spannung von mindestens 3V-Dj; als Versorgungsspannung benötigen, kann der Stromverstärker nach Fig. 3 mit einer Spannung von nur IV-o-g zwischen Ausgangs elektrode 4-0 und Hasseklemme 26 betrieben werden,=

Der Stromverstärker nach Figo 3 besteht aus drei in Kas-

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kade geschalteten Stromspi egelverstärk era 30, 32 und 34-. Die Ausgangselektrode des ersten SSV 30 ist mit dem Eingang des zweiten SSV 32 an der Klemme 36 verbunden. Der Ausgang des zweiten SSV 32 ist mit dem Eingang des dritten SSV 34 an der Klemme 38 verbunden. Der erste und der zweite SSV 30 und 32 sind beide wie der SSV 4- in den Figuren 1 und 2 aufgebaut. Wenn der Beta-Wert der jeweiligen Einzeltransistoren abnimmt, nehmen die Stromverstärkungen IgA^] und I7/I5 des ersten und des zweiten SSV 30 und 32 zu. Die Stromverstärkung IqAh des dritten SSV 34-nimmt jedoch ab, wenn die Beta-Werte der zugehörigen Einzeltransistoren abnehmen. Somit haben die erhöhten Verstärkungsfaktoren des ersten und des zweiten SSV 30 und 32. das Bestreben., den verminderten Verstärkungsfaktor des dritten SSV 34-. auszugleichen, so daß die Gesamt-Stromverstärkung Tq/T. der Kaskadenschaltung der drei SSV stabilisiert bleibt, wenn die Beta-Werte der jeweiligen Einzeltransistoren abnehmen.

Die Beziehung zwischen dem Beta-Wert und der SSV-Verstärkung für die verschiedenen Stromspiegelverstärker SSV 1 bis SSV 5 in den Figuren 1 bis 3 ist graphisch in Fig. 4 veranschaulicht. Die vertikale Achse stellt die normierte Stromverstärkung dar, definiert als tatsächliche Ver-Stärkung geteilt durch die nominelle Verstärkung. Die horizontale Achse stellt den Beta-Wert in logarithmischem Maßstab dar. Wie das Schaubild zeigt, nimmt die normierte Verstärkung für SSV 1 und SSV 5 ab, wenn der Beta-Wert abnimmt. Zum Beispiel ist die normierte Verstärkung des SSV 1 sehrnahe bei 1,00 für einen Beta-Wert von 400, sie fällt jedoch auf 0,75 bei einem Beta-Wert von 6,25. Die normierte Verstärkung für SSV 3 und SSV 4- nimmt mit abnehmendem Beta-Wert zu. Beispielsweise liegt die normierte Verstärkung des SSV 3 im Falle eines Beta-Werts von 400 sehr nahe bei 1,00, bei einem Beta-Wert von 6,25 ist sie jedoch auf etwa 1,22 erhöht.

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Für alle SSV-Kennlinien in Fig. 4- ist vorausgesetn% daß das Flächenverhältnis zwischen den einzelnen Stromspiegeltransistoren gleich 1 ist» Ist dieses Verhältnis größer als 1, dann ist zu erwarten, daß die Abweichung von der normierten Verstärkung noch größer ist»

Die Beziehung zwischen dem Beta-Wert und der Verstärkung für einen Stromspiegelverstärker, der aus einer Kaskadenschaltung eines Stromspiegels wie SSV 1 und eines Stromspiegeis wie SSV 3 "besteht, ist durch die Kurve aufgezeigt, die das Produkt SSV 1 . SSV 3 darstellt. Obwohl die nor-' mierte Verstärkung von SSV 1 um etwa 25$ fällt und die normierte Verstärkung von SSV 3 um etwa 22$ steigt, sinkt bei einem Beta-Wert von 6,25 die normierte Gesamtverstärkungfür SSV 1 . SSV 3 um etwa 1%.

Es sei erwähnt, daß für eine "geradlinige" Kaskadenschaltung eines SSV 1 und eines SSV 3 (d_oh₀ ohne einen dazwischenliegenden invertierenden SSV) der eine oder der andere in nicht-invertierende Betriebsart verwendet werden kann.

Die Beziehung zwischen dem Beta-Wert und der Verstärkung für einen Stromverstärker, der aus einer Kaskadenschaltung eines StromspiegelVerstärkers wie SSV 4- und eines Stromspiegelverstärkers wie SSV 5 besteht, ist durch die Kurve angezeigt, die das Produkt SSV 4· * SSV 5 darstellte Während bei einem Beta-Wert von 6_{25 die normierte Verstärkung des SSV 5 um etwa 13$ fällt und die normierte Verstärkung von SSV 4 um etwa 11$ steigt, fällt die normierte Gesamtverstärkung der Kaskadenschaltung von SSV Ά- und SSV 5 beim selben Beta-Wert um nur etwa 2%°

Die Beziehung zwischen dem Beta-Wert und der normierten Stromverstärkung für einen Stromspiegelverstärker wie SSV 1' ist in der Fig» 4- nicht eigens dargestellt, sie ist ähnlich wie beim Stromspiegelverstärker SSV 1„ Es sei

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darauf hingewiesen, daß bei einem gegebenen Beta-Wert die Abnahme von der normierten Verstärkung im Falle des SSV 1 größer ist als im Falle des SSV M-. Daher ist eine Kaskadenschaltung zweier Stromspiegeiverstärker des Typs SSV 4- und eines Stromspiegelverstarkers SSV 1' (wie in ·. Fig. 5 gezeigt) vorteilhaft. Aber auch die Verwendung' . nur eines SSV 4- mit einem Flächenverhältnis von größer als' 1 kann eine ausreichende Kompensation bringen, wenn man ihn mit einem SSV 1' in Kaskade schaltet. Wie bekannt, kann die Stromverstärkung eines Stromspiegelverstarkers auch dadurch bestimmt werden, daß man Emittergegenkopplungswiderstände einfügt und die Geometrie solcher Widerstände zur Einstellung des Werteverhältnisses dieser Widerstände proportioniert.

".

Neben den dargestellten Ausführungsformen sind auch andere Kombinationen kaskadengeschalteter Stromspiegelverstärker möglich. So kann beispielsweise ein SSV 4- in Kaskade mit einem SSV 1 geschaltet werden, um die Abhängigkeit der Verstärkung des resultierenden Stromverstärkers von Beta-Änderungen zu reduzieren.

Des weiteren ist es möglich, andere Stromspiegelschaltungen anstelle der gezeigten Stromspiegelverstärker zu verwenden. Im SSV 1 beispielsweise kann die Direktverbindung zwischen Kollektor und Basis des Transistors Q1 durch einen zusätzlichen Transistor ersetzt werden, dessen Basiselektrode mit dem Kollektor des Transistors 01 und dessen Emitterelektrode mit der Basis von Q1 verbunden ist und dessen Kollektorelektrode an das Massepotential an der Klemme 26 angeschlossen ist.

Claims

Patentansprüche

(i/ Stromverstärker mit einer Eingangs- und einer

Ausgangsklemme und mit mindestens zwei aus Transistoren gebildeten Stromspiegelverstärkern, dadurch gekennzeichnet , daß die Stromspiegelverstärker (SSV VSSV 3 in Fig₀ 1; SSV 5/SSV4- in Fig_o 2) in Kaskade zwischen die Eingangsklemme (ΙΌ) und die Ausgangsklemme (20) geschaltet sind, wobei· der Ausgang (14| 28) des ersten Stromspiegelverstärkers mit dem Eingang (I65 28) des zweiten StromspiegelVerstärkers gekoppelt und der Eingang des ersten Stromspiegelverstärkers mit der Eingangsklemme (10) und der Ausgang des zweiten Stromspiegelverstärkers mit der Ausgangsklemme (20) gekoppelt ist und daß einer der Stromspiegelverstärker (SS 1 · SS 5) einen ersten und einen zwei-

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CHEN (BLZ 700 200 4Ol KTO. 60 60 2S7 378 SV«JFT :l. PC !>:.

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Λ ten (Transistor (Q1, Q2; Q12, Q13) als Bestandteile enthält, die als ein Stromspiegelverstärker geschaltet sind, dessen Verstärkungsfaktor dazu neigt, mit abnehmendem Beta-Wert der Transistoren abzunehmen, während der andere Stromspiegelverstärker SSV 3; SSV 4·) einen dritten und einen vierten Transistor (Q3, Q4-; Q8, Q9) als Bestandteile enthält, die als ein Stromspiegelverstärker verschaltet sind, dessen Verstärkungsfaktor dazu neigt, mit abnehmendem Beta-Wert der Transistoren zuzunehmen.

2. Stromverstärker nach Anspruch 1, dadurch, gekennzeichnet, daß der mit dem dritten und dem vierten Transistor gebildete Stromspiegelverstärker (SSV 3; SSV 4-) eine Basisstromquelle (Q5; Q10) enthält, die mit den Kollektorelektroden des dritten und des vierten Transistors verbunden ist, um Basissträme an die Basiselektroden des vierten und des fünften Transistors zu liefern, wobei der am Kollektor des vierten Transistors (Q4-; Q9) gelieferte Teil der Basisströme größer ist als der am Kollektor des dritten Transistors (Q3; Q8) gelieferte Teil der Basisströme, und daß die Kollektorelektrode des dritten Transistors mit einer Eingangselektrode (16; 28) dieses Stromspiegelverstärkers ver- bunden ist.

3· Stromverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisstromquelle durch einen fünften Transistor (Q5; Q10) gebildet ist, dessen Emitterelektrode mit den Basiselektroden des dritten und des vierten Transistors (Q3, Q4-; Q8, Q9) verbunden ist und dessen Basiselektrode mit der Kollektorelektrode des dritten Transistors verbunden ist und dessen Kollektorelektrode mit der Kollektorelektrode des vierten Transistors verbunden ist.

4-_o Stromverstärker nach Anspruch 3₉ dadurch gekenn ζ ex¹-·

net, daß der mit dem ersten und dem zweiten Trariüisicor . (Q1, Q2) gebildete Stromspiegelverstärker (SSV 1) ferner folgendes aufweist;

eine Verbindung zwischen den Basiselektroden des ersten und des zweiten Transistors;

eine Gleichstromverbindung ohne wesentliche Zwischenimpedanz zwischen Kollektor- und Basiselektrode des ersten Transistors (Qi)?

eine Einrichtung zum Verbinden der Emitterelektroden des ersten und des zweiten Transistors mit einem ersten Versorgungspotential (Vq(O >

eine Einrichtung, welche die Kollektorelektrode des ersten Transistors mit der Eingangselektrode (10) und die Kollektorelektrode des zweiten Transistors mit der Ausgangselektrode (14) dieses Stromspiegelverstärkers verbindet«

= Stromverstärker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem dritten und dem vierten Transistor (Q3·, QH-) gebildete Stromspiegelverstärker (SSV 3) ferner folgendes aufweist;

eine Einrichtung zum Verbinden der Emitterelektroden des dritten und des vierten Transistors mit dem ersten Versorgungspotential (Vq₀)?

eine Einrichtung, welche die Kollektorelektrode des dritten Transistors mit der Eingangselektrode (16) und die Kollektorelektrode des vierten Transistors mit der Ausgangselektrode (18) dieses Stromspiegelverstärkers verbindetο

Stromverstärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der aus dem ersten und dem zweiten Transistor (Q12, Q13) gebildete Stromspiegelverstärker (SSV 5) ferner folgendes aufweist?

eine Verbindung zwischen den Basiselektroden des ersten und des zweiten Transistors;

eine Gleichstromverbindung ohne wesentliche Zwischenimpedanz zwischen Kollektor und Basis des ersten Transistors (Q12);

eine Einrichtung zum Verbinden der Kollektorelektrode des zweiten Transistors (Q13) mit einem ersten Versorgungspotential (Vqq)>

eine Einrichtung, welche die Kollektorelektrode des ersten Transistors (Q12) mit einer Eingangselektrode (10) dieses Stromspiegelverstärkers verbindet; eine Einrichtung, welche die Emitterelektroden des ersten und des zweiten Transistors (Q10), Q12) mit einer Ausgangselektrode (28) dieses Stromspiegelνerstärk ers verbindet.

7· Stromverstärker nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der aus dem dritten und dem vierten Transistor (Q8, Q9) gebildete Stromspiegelverstärker (SSV 4-) ferner folgendes aufweist:

eine Einrichtung zum Verbinden der Kollektorelektrodes des vierten Transistors (Q9) mit dem ersten Versorgung spot en ti al (Vqq);

eine Einrichtung, welche die Kollektorelektrode des dritten Transistors (Q8) mit einer Eingangselektrode (28) dieses Stromspiegelverstärkers verbindet; eine Einrichtung, welche die Emitterelektroden des dritten und den vierten Transistors mit einer Ausgangselektrode (20) dieses Stromspiegelverstärkers verbindet.

8. Stromverstärker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß er für die Kopplung der erwähnten Stromspiegelverstärker (SSV 1, SSV 3) in Kaskade einen dritten Stromspiegelverstärker (SSV 1') enthält, der folgendes aufweist:

einen sechsten und einen siebten Transistor (Q6, Q7);

eine Verbindung zwischen den Basiselektroden des sechsten und des siebten Transistors;

_ 5 c

eine GleichstromverMndung ohne wesentliche Zwis uenimpedanz zwischen Kollektor- und Basiselektrode des sechsten Transistors (Q6);

eine Einrichtung zum Verbinden der Emitterelektroden des sechsten und des siebten Transistors mit einem zweiten Versorgungspotential (26);.

eine Einrichtung zum Verbinden der Kollektorelektrode des sechsten Transistors mit der Ausgangs elektrode des ersten Stromspiegelverstärkers (SSV 1) und zum Ver-

. der Kollert or elektrode. ^. ,

binden/des siebten Transxstors mit der Emp-angselektrode (16) des zweiten Stromspiege]Verstärkers (SSV ?)„

9. Stromverstärker nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ferner ein vierter Stromspiegelverstärker (SSV 4 in Figo 1) vorgesehen ist, der eine mit dem Ausgang (18) des zweiten Stromspiegelverstärkers (SSV 3) verbundene Eingangselektrode (18) und eine mit der Ausgangsklemme (20) verbundene Ausgangselektrode hat und folgendes aufweist?
einen achten und einen neunten Transistor (Q8, Q9);

eine Verbindung zwischen den Basiselektroden des achten und den neunten Transistors;

eine Einrichtung^, welche die Kollektorelektrode des achten Transistors (Q8) mit der Eingangselektrode (18) des vierten Stromspiegelverstärkers verbindet5

einen zehnten Transistor (QIO)₉ dessen Basiselektrode mit der Kollektorelektrode des achten Transistors (Q8) und dessen Emitterelektrode mit den Basiselektroden, des achten und neunten Transistors (Q8, Q9) und dessen Kollektorelektrode mit der Kollektorelektrode des neunten Transistors (Q9) verbunden isto

Stromverstärker nach Anspruch 9₉ dadurch gekennzeichnet, daß der vierte Stromspiegelverstärker (SSV 4 in S¹Ig* 1) ferner eine Einrichtung zum Verbinden der KoI-lektorelektrode des neunten Transistors (Q9) mit dem ersten Versorgungspotential (Vqq) aufweist und eine

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Einrichtung enthält, welche die Emitterelektroden des achten und des neunten Transistors (Q8, Q9) mit der Ausgangselektrode (20) des vierten Stromsplegelverstärkers verbindet.