DE3318106A1 - Verstaerkerschaltung hoher eingangsimpedanz - Google Patents
Verstaerkerschaltung hoher eingangsimpedanzInfo
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Description
TER MEER · MÖLLER · STEINMKtsf E<4 '.·"·«·* *.."··" Sony Corp>
_ S83P34
BESCHREIBUNG
Die Erfindung bezieht sich auf eine Verstärkerschaltung mit
hoher Eingangsimpedanz, insbesondere auf Trennverstärkerer
schaltungen oder dergleichen.
schaltungen oder dergleichen.
Es gibt hinreichend bekannte Trennverstärkerschaltungen, die
entweder gemäß Fig. 1 der anliegenden Zeichnung als aus zwei npn-Transistoren 1 und 2 bestehende Emitterfolger oder gemäß
Fig. 2 als aus einem Feldeffekttransistor 3 und zwei Widerständen R1 und R2 gebildete Sourcefolger geschaltet sind. Da
bei derartigen Trennverstärkern zwangsläufig ein Teil des Eingangssignals als Baaisstroai oder über einen Vorspannungserzeugungswiderstand
abfließt, kann die Eingangsimpedanz der Schaltung nicht beliebig erhöht werden.
Wenn eine so beschaffene Trennverstärkerschaltung in einer Klemmschaltung, einer Sample/Hold-Schaltung (Abtast- und Halteschaltung)
oder in einem Treiber für eine kapazitive Last verwendet wird, müssen wegen der nicht unbegrenzt zu erhöhenden
Eingangsimpedanz Verzerrungen der Signalwellenform in Kauf genommen werden.
Eine in Fig. 3 dargestellte und auf den Seiten 748, 74 9 der Ausgabe SC-16 vom 6. Dez. 1981 der Zeitschrift "IEEE Journal
of Solid-state Circuit" erläuterte andere Schaltung enthält vier Transistoren 11 bis 14 mit jeweils hohen Stromverstärkungsfaktoren
hfe1 hfe4* Unter der Bedingung hfe1 = hfe2 ^
^fe3 = kfe4 fließen Basisströme i .. ~ i 2 in den Transistoren
11 und 12, und das bedeutet, daß diese Basisströme zur Steuerung
der Transistoren 11 und 12 nicht der Signalquelle entzogen werden müssen. Ein an einer Eingangsklemme 10 der Schaltung
von Fig. 3 ankommendes Eingangssignal V. geht an die
in
ΓΠΡΥ
i BAD ORIGINAL
TER MEER · MÜLLER · STEINMQSTEFJ ■ Sony Corp. - S83P34
gemeinsame Basis des pnp-Transistors 11 und des npn-Transistors
12. Der Emitter des mit seinem Kollektor an Masse gelegten pnp-Transistors 11 ist mit dem Kollektor eines zweiten
pnp-Transistors 14 verbunden. Der npn-Transistor 12 ist mit seinem Emitter an eine Ausgangsklemme 18 sowie eine Konstant- J
stromquelle 15 angeschlossen, und sein Kollektor ist mit dem j Emitter eines zweiten npn-Transistors 13 verbunden. Auch dieses j
zweite pnp/npn-Transistorpaar 14/13 hat eine gemeinsame Basis. Der Emitter von Transistor 14 und der Kollektor von Transistor
13 liegen gemeinsam an einem Stroraanschluß 17.
Aus den Basisströmen io, .... i„. und den Stromverstärkungs-
Bl oh
faktoren hf , .... hf . ergeben sich dia Kollektorströme I.
bis I- der einzelnen Transistoren 11 bis 14:
1I = hfe1 ' 1BI ' 1I = hfe2 ' 1B2 J3 " hfe3 ' 1B3 1A = hfe4 ' ^4
In dem mit der den Strom I abgebenden Konstantstromquelle 15
verbundenen npn-Transistor 12 fließt ein Basisstrom
B2 1 + h- o
fe2
fe2
In dem mit Transistor 12 verbundenen zweiten npn-Transistor 13
fließt ein Basisstrom T v, . <
τ2 _ fe2 1n2
B3 1 - hfe3 1 + hfe3
Da die Transistoren 14 und 13 eine gemeinsame Basis haben, fließt im zweiten pnp-Transistor 14 der gleiche Basisstrom wie
im zweiten npn-Transistor 13, nämlich
-34 -B3 1 ♦ hfe3
COPY
·■
TER MEER · MÜLLER · STElNMEStEf? '.·'...* *..**♦·' gony Corp. - S83P34
Der Transistor 14 liefert somit einen Kollektorstrora
nfe2 · *Β2
τ4 = *Β4 ' hfe4 = 1BS ' hfe4 = 1 + hfe3 " " * hfe4
Im ersten pnp-Transistor 11 fließt ein Basisstrom
. . < . fe2 fe4
Die Transistoren 11 bis 14 können in dasselbe Substrat integriert
sein und haben dann gleiche Operationswerte und gleiche Stromverstärkungsfaktoren hf (hf
> 1). In diesem Fall hat der erste pnp-Transistor 11 einen Basisstrom
±B1
re
Das bedeutet, beide Transistoren 11 und 12 haben im wesentlichen
gleiche Basisstrornwerte. Damit hätta die Schaltung in
Fig. 3 zwar theoretisch eine unendlich große Eingangsiiupedanz
Zin die in der Praxis aber durch die zur Vorspannungserzeugung
für die Transistoren 11 und 12 notwendigen Widerstände
R1 und R2 wieder verkleinert wird.
. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine bessere Verstärkerschaltung
mit erhöhter Eingangsimpedanz zu schaffen.
Die erfindungsgemäße Lösung der gestellten Aufgabe ist kurz gefaßt im Patentanspruch 1 angegeben.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind in
Unteransprüchen gekennzeichnet.
Der Grundgedanke der Erfindung geht dahin, jeweils die ersten und die zweiten Eingänge zweier Differenzvorotürker, von denen
COPY
TER MEER · MÜLLER · STEINM^iSTEP Sony Corp. - S83P34
-S-
der eine ein npn-Transistorpaar und der andere ein pnp-Transistorpaar
umfaßt, miteinander zu verbinden und die so verbundenen ersten Eingänge an einen Eingangsanschluß für ein gleichspannungsfreies
Signal und die miteinander verbundenen zweiten Eingänge an eine Gleichstrom-Vorspannungsquelle anzuschließen.
Erfindungsgemäß ist eine höhere Eingangsimpedanz als bisher erzielbar, weil diese nicht durch eine Widerstände enthaltende
Vorspannungserzeugungsschaltung beeinträchtigt wird.
Teilweise baut die Erfindung auf den Grundlagen der Schaltung von Fig. 3 auf.
Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten werden nachstehend
unter Bezug auf eine Zeichnung in beispielsweiser Ausführungsform näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1, 2 und 3 die eingangs erläuterten herkömmlichen Verstärkerschaltungen
,
Fig. 4 und 5 schematische Schaltbilder erfindungsgemäßer
Fig. 4 und 5 schematische Schaltbilder erfindungsgemäßer
Verstärkerschaltungen,
Fig. 6 ein Signaldiagramm zu Fig. 5 und
Fig. 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung in
Form eines Schaltbildes.
Das in Fig. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Verstärkerschaltung enthält zwei aus je einem pnp- und npn-Transistor zusammengestellte Transistorpaare 21A, 22A und
21B, 22B. Ein Eingangssignal V. von einer Eingangsklemme 20 geht an die gemeinsame Basis des ersten Transistorpaares 21A,
22A, und die gemeinsame Basis des zweiten Transistorpaares 21B, 22B ist an eine Vorspannungsquelle 26 angeschlossen. Die beiden
pnp-Transistoren 21A und 21B sind mit dem Kollektor an Masse
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TER MEER · MÖLLER · STEINMEföTER " " Sony Corp. - S83P34
und mit ihrem Emitter gemeinsam an den Kollektor eines pnp-Transistors
24 angeschlossen/ dessen Emitter an einem Stromversorgungsanschluß mit +V liegt und dessen Basis mit der
CC
Basis eines npn-Transistors 23 verbunden ist# welcher seinerseits
mit dem Kollektor an den Versorgungsanschluß +V und seinem Emitter an den Kollektor eines vierten npn-Transistors
29B, der mit einem fünften npn-Transistor 29A eine mit dem Verknüpfungspunkt zwischen zwei Widerständen R1, R2 verbundene
gemeinsame Basis hat/ angeschlossen ist. Die Widerstände R1
und R2 liegen in Reihe zwischen +V und Masse. Die Emitter
CC
der npn-Transistoren 22A und 22B sind gemeinsam mit dem Kollektor von Transistor 29A/ und die Emitter der Transistoren
29B und 29A über je einen Widerstand R3 bzw. R4 an Masse gelegt. Ferner gibt es einen vierten pnp-Transistor 27 mit an
seinen Kollektor angeschlossener Basis, der somit wie eine Diode arbeitet und über diese kurzgeschlossenen Anschlüsse mit
dem Kollektor von Transistor 22A sowie der Basis eines fünften pnp-Transistors 28 verbunden ist, dessen Emitter an der Stromversorgung
+V und dessen Kollektor gemeinsam mit dem von
CC
Transistor 22B an einem Ausgangsanschluß V t liegt.
Die Transistoren 29A, 29B und die Widerstände R1 bis R4 bilden
eine Stromspiegelschaltung, die Kollektorströme beider Transistoren haben den gleichen Wert I. Durch den Kollektorstrom I
von Transistor 29A wird ein durch die Transistoren 22A und 22B gebildeter Differenzverstärker getrieben.
Ein im Betrieb durch Transistor 29B fließender Strom I fließt auch durch den Transistor 23 und veranlaßt ferner einen Stromfluß
I durch den Transistor 24. Der eine Vorspannung von der Quelle 26 beziehende Transistor 21B ist durchgeschaltet und
leitet einen von Transistor 24 kommenden Kollektorstrom. Die Basisvorspannung des Transistors 21A, die als Differenzwert
COPY BAD ORIGINAL >
TER MEER - MÜLLER ■ STEINMEiSTGR" "··'—" ·· " Sony Corp. -S83P34
den Transistor 21B beaufschlagt, liegt nicht fest. Folglich
führt der Transistor 21A keinen Strom, er ist "gesperrt".
Das heißt, für das als Differenzverstärker geschaltete Transistorpaar 21A, 21B gilt bezüglich ihrer Basisspannungen V„
c V=V (1)
B21A . B21B
Bei dem anderen als Differenzverstärker geschalteten Transistorpaar
22A/ 22B bekommt der Transistor 22B seine Basisvorspannung von der Quelle 26, ist somit durchgeschaltet, und
sein Emitterstrom wird in die Stromquelle für den Transistor 29A abgeleitet. Da der Transistor 22A gesperrt ist, gilt für
die Basisspannungen VB der Transistoren 22A und 22B
V„ = V- (2)
B22A B22B
Da Vß = V- und VD = V_ ist, müssen zur Erfül-B21A
B22A B21B B22B
lung der Gleichungen (1) und (2) die Basisspannungen von Transistor·
21A und 22A gleich den Basisspannungen von Transistor
21B und 22B sein, so daß die Vorspannung der Eingangsklemme
das gleiche Potential wie die Vorspannungsquelle 26 hat. Der Transistor 21A ist folglich durchgeschaltet und führt den
gleichen Kollektorstrom 1/2 wie der Transistor 21B und auch
der Transistor 22A.
Wegen der Identität der Basisströme von Transistor 22A und 21A ist der Wert des Basisstroms in Bezug auf die Eingangsklemme
annähernd "null" und die Schaltung hat folglich eine hohe Eingangsimpedanz.
Dies ist ein Beispiel für eine Schaltung mit hoher Eingangsimpedanz, die keinerlei Vorspannungserzeugungswiderstand
hat.
C0PY
Bei der in Fig. 5 dargestellten erfindungsgemäßen Verstärkerschaltung
mit hoher Eingangsimpedanz sind Fig.4 entsprechende Einzelheiten mit den gleichen Bezugszahlen versehen. In Fig. 5
erhalten die Transistoren 22B und 21B ihre Basisspannung von dem Punkt D einer aus Widerständen R1, R2, R5 und einer Diode
D1 bestehenden Serienschaltung, und dia Basisspannung für die Transistoren 21A, 22A wird wie bei Fig. 4 erzeugt. Die Transistoren
29ä, 29B sind mit der Anode der Diode 1 als Stromquelle verbunden. Ferner bilden Transistoren 3OA, 31A und 32A
eine, und Transistoren 3OB, 31B und 32B eine andere Stromquelle,
Ohne Eingangssignal an Klemme 20 führen die Transistoren 29B
und 24 jeweils einen Kollektorstrom I1 und die Transistoren
21A und 21B je einen Kollektorstrom I2 bzw. I3 (I2 = I3). Die
Stromquelle, welche durch die Transistoren 3OA, 31A und 32A gebildet
ist, wird durch den Kollektorstrora I2 von Transistor 21A
getrieben, wobei der Strom I2 durch Transistor 3OA fließt und
die Transistoren 27A und 28A treibt, während durch die Transistoren 31A und 32A ein Strom I3 fließt. Ähnlich wird Transistor
3OB von Strom I3, aber die Transistoren 31B und 32B von einem
Strom i' durchflossen. An den Verbindungspunkt zwischen zwei
Serien-Widerständen R6 und R7, die zwischen den Kollektoren von 3OA und 3OB liegen, ist eine Vorspannungsquelle V angeschlossen.
Da I2 a i' und I- = i' ist, fließt kein Strom
durch R6 und R7, so daß der Ausgangsanschluß dieser Schaltung, das heißt die Kollektoranschlußpunkte B und C der Transistoren
3OA und 3OB durch die Vorspannungsquelle VR auf deren Potential gehalten werden.
Wenn der Eingangsklemnie 20 der Schaltung von Fig. 5 von einem
Generator Ge über einen Kondensator C ein Pulssignal (s.Fig. 6) zugeführt wird, dann kommt es an der Basis der Transistoren 21A,
22A zu einer Spannungsänderung, das vorher vorhandene Spannungs-
—·"f
COPY BADORlGiNAL "
♦ ♦ ·
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«· * TER MEER - MÖLLER ■ STEINMESTSä *·.'.»-* '~~ '" Sony Corp. -S83P34
-ΙΟ-
gleichgewicht ein den Punkten B und C wird aufgehoben, und j
beide Transistoren 21A und 22A sperren. Bei gesperrtem Tran- j sistor 21A fließt kein Strom I_, und die aus den Transistoren
3OA, 31A, 32A gebildete Stromquelle ist gesperrt, während die
andere Stromquelle aus den Transistoren 30Bf 31B und 32B durch
den eingeschalteten Transistor 21B in Betrieb gehalten wird. Der Transistor 22A ist "EIN" und Transistor 22B im Zustand
"AUS", so daß die Transistoren 27A und 28B durchgeschaltet
aber die Transistoren 27B und 28B gesperrt sind. Der Kollektorstrom
il von 28A fließt über R6 und R7 in die Transistoren
3OB und 31B. Unter den erläuterten Stromflußbedingungen steigt
das Potential an Punkt B zum Zeitpunkt t1 auf I2R6+VR an
(B in Fig. 6), während gleichzeitig das Potential an Punkt C auf V„-IOR7 (C in Fig. 6) fällt. In Bezug auf die Eingangsklemme
ist, wenn nur der eine Transistor 22A durchgeschaltet und 21A gesperrt ist, die Eingangsimpedanz geringer als wenn
beide Transistoren 21A und 22A durchgeschaltet sind, weil der Basisstrom des leitenden Transistors 22A, dessen Quelle die
im Kondensator C angesammelte Ladung ist, nicht vollständig an die Klemme 20 gelangt, so daß nach einer festen Basisstrom-Flußzeit
(/on Zeitpunkt t. bis Zeitpunkt t- in Fig. 6} das
Potential der Klemme dem Potential an Punkt D gleich wird. Dieser Zustand entspricht dem oben erwähnten eingangssignalfreien
Zustand. Während der Annäherungszeit des Potentials der
Eingangskiemine 20 an das von Punkt D werden mit steigendem Kollektorstrom von Transistor 21A schließlich die Transistoren
3OA und 31A durchgeschaltet, leiten Strom, reduzieren den Stromfluß durch die Widerstände R6 und R7 und bewirken (zwischen t.
und t2 in Fig. 6) eine Potentialangleichung der Punkte B und C
ab- bzw. aufwärts an die Spannung der Quelle V . Im Zeitraum von t_ bis t-, herrscht wieder der gleiche Zustand wie zu Beginn,
und zur Zeit t3 fällt die Klemmenspannung an 20 wieder ab,
C0PY BADORiGINAL
w. . · '■'■' ·■ 4
TER meer · Müller . STEiNMsfeTE-R *..'···* *·· *· Sony Corp. - S83P34
• ·
- 11 -
die Transistoren 22A und 21B sperren und schalten den Anschluß
28a. ab. Da jetzt Transistor 21A leitet, arbeitet die aus den Transistoren 3OA, 31A und 32A bestehende Stromquelle, während
die aus den Transistoren 3OB, 31B und 32B bestehende Stromquelle
abgeschaltet ist. Während dieser Vorgänge fließt der Kollektorstrom I3 von Transistor 27B durch R7 und R8 in die
Transistoren 3OA und 31A. Die Potentiale an den Punkten B und C betragen jetzt, d.h. zur Zeit t- , V -I-R6 und Vn-I,R7, siehe
Kurve B und C in Fig. 6.
Die erläuterte Schaltung gestattet unter Vergleich des Span- i nungsverlaufs am Punkt B in einem geeigneten Komparator die
Erzeugung eines mit der Wellenform A in Fig. 6 synchronen Signals und kann folglich als Pulsdetektorschaltung verwendet
werden.
Bei dem in Fig. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung
sind die in Fig. 4 vorhandenen Transistoren 27 und 28 ' jeweils durch einen Widerstand R . bzw. R^_ ersetzt. Von der
Eingangsklemme am Kondensator C aus betrachtet wird die Eingangsimpedanz:
des Verstärkers von Fig. 7 durch zwei parallele Emitterfolgerschaltungen bestimmt, von denen jede aus einer
Serienschaltung eines Transistor und zwei Widerständen, nämlich 22A, RgNi und RgN2 bzw. 21A, Rgpl und Rgp2, besteht.
Für die erwähnte Eingangsinpedanz Z. gilt
COPY
BAD ORIGINAL
- 12 -
Wenn RgN1 -
RgN und RgP1 « Rgp2 · RgN sind, dann
ist
Folglich ist
2hFEHhFEPRgNRgP
hFEP
gP
Das heißt, die erfin^ungsgemJiße Schaltung nach Fig. 7 hat gegenüber
der die Widerstände Rn und R _ zur Vorspannungserzeugung
aufweisenden herkömmlichen Schaltung von Fig. 3 eine
hfe -mal gröBere Eingangsimpedanz, ist für Sinus-Betrieb geeignet
und kann bis in den Bereich von f1 *» ■ - — verstärken.
Darin ist mit C-] die Kapazität des Kondensators C sowie mit f* die Frequenz bezeichnet.
BAD ORIGINAL
Leerseite
Claims (2)
- TER MEER-MULLER-STEINMEISTERPATENTANWALTS — EUROPEAN PATENT ATTORNEYSDlpl-Chem. Dr. N. tar Μθθγ Dipl.-Ing. H. Steinmeister TÄXaS 4E- MÜUer Artur-LadebecK-Strasse ö, D-8OOO MÜNCHEN 22 D-48OO BIELEFELD 1MÜ/Gdt/cb !8. Mai 1983Case S83P34SONY CORPORATION 7-35, Kitashinagawa 6-chome Shinagawa-ku, Tokyo/JapanVerstärkerschaltung hoher EingangsimpedanzPriorität: 18. Mai 1,982, Japan, Nr. 82385/82PATENTANSPRÜCHEΛ .J Verstärkerschaltung hoher Eingangsimpedanz, gekennzeichnet durch - ein als erster Differenzverstärker geschaltetes NPN-Transistorpaar (22A, 22B) mit einem ersten und einem zweiten Eingangsanschluß,- einem als zweiter Differenzverstärker geschalteten PNP-Transistorpaar (21A, 21B) mit einem ersten und einem zweiten EingangsanschluB,- eine "direkte Verbindung zwischen den ersten Eingangsanschlüssen beider Differenzverstärker einerseits und den zweiten Eingangsanschlüssen der beiden Differenzverstärker andererseits,- eine erste Treiber-Stromquelle für den ersten Diffe-pY BAD 0R13INAL1 χ.Γ:·::"..::::":": 3 31öiuöTER MEER . MÖLLER . STElNMEßTEfi '..'...* SGHy"-GOrp. - S83P34renzverstärker und eine zweite Treiber-Stromquelle für den zweiten Differenzverstärker,- einen an die miteinander verbundenen ersten Eingangsanschlüsse der Differenzverstärker angeschlossenenSignaleingangsanschluß (20) zur Zuführung eines gleichspannungsfreien. Signals für die beiden Differenzverstärker und durch- eine an die miteinander verbundenen zweiten Eingangsanschlüsse der Differenzverstärker angeschlossene Gleichstrom-Vorspannungsquelle .{z. B. 26) zur Vorspannungserzeugung für die Differenzverstärker.
- 2. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß eine erste und eine
zweite Quellenschaltung innerhalb der Schaltung Ströme
jeweils gleicher Größe einspeisen.COPY
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