DE3336366C2

DE3336366C2 - Breitbandverstärker zur Verstärkung eines Fotostromes

Info

Publication number: DE3336366C2
Application number: DE3336366A
Authority: DE
Inventors: Stephan Dermitzakis; Gerhard 7106 Neuenstadt Krumrein; Peter Dr. 7100 Heilbronn Mischel; Jasbeer Singh 7100 Heilbronn Suri
Original assignee: Telefunken Electronic GmbH
Current assignee: Telefunken Electronic GmbH
Priority date: 1983-10-06
Filing date: 1983-10-06
Publication date: 1985-08-14
Also published as: FR2553242B1; GB8425272D0; US4609880A; DE3336366A1; JPS6096008A; FR2553242A1; GB2148642A; GB2148642B

Description

Die Erfindungbetrifft einen Breitbandverstärker zur Verstärkung eines durch ein Lichtsignal ausgelösten Fotostromes mit einem ersten Transistor und einem dem ersten Transistor nachgeschalteien zweiten Transistor, bei dem zwischen die Basis des ersten Transistors und den Emitter des zweiten Transistors ein Widerstand geschaltet ist

Breitbandverstärker der oben genannten Art dienen vor allem zur Verstärkung von Lichtsignalen, die von Halbleiter-Sendern wie z. B. Lasern oder IR-Dioden ausgestrahlt werden. Solche Verstärker sollen einen möglichst großen Lineantätsbereich aufweisen und rauscharm sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Breitbandverstärker zur Verstärkung von Fotoströmen anzugeben, der bei gleicher Bandbreite eine größere Stromverstärkung aufweist als bekannte Breitbandverstärker und integrierbar ist Diese Aufgabe wird bei einem Breitbandverstärker der eingangs erwähnten Art nach der Erfindung dadurch gelöst daß ein dritter Transistor und ein vierter Transistor vorgesehen sind, die einen Stromspiegel bilden, daß der dritte Transistor in Reihe zum zweiten Transistor geschaltet ist und daß zwischen dem dritten Transistor und Masse ein Widerstand liegt

Der dritte Transistor, der vorzugsweise als Diode geschaltet ist, nimmt einen Teil (etwa 0,7 V) des Emitter-Potentials des zweiten Transistors weg, so daß am Widerstand zwischen dem dritten Transistor und Masse eine relativ kleine Spannung übrig bleibt Der Widerstand zwischen dem dritten Transistor und Masse kann deshalb sehr klein gemacht werden, ohne daß der Emitterstrom des zweiten Transistors übermäßig groß wird. Dies bietet die Möglichkeit die Stromverstärkung V, = Iz/Ip RfIRz des Transimpedanz-Vorverstärkers, bestehend aus den Transistoren Ti und 72, wesentlich größer zu machen als bei bekannten Verstärkern dieser Art

Da bei dem Breitbandverstärker nach der Erfindung der dritte Transistor mit dem vierten Transistor einen Stromspiegel bildet, erscheint der Emitterstrom I₃ des dritten um das Spiegelverhältnis vergrößert am KoIIektor des vierten Transistors.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist ein fünfter Transistor vorgesehen, dessen Emitter über einen Widerstand mit dem Emitter des vierten Transistors gekoppelt ist Dieser fünfte Transistor bildet mit dem dritten und vierten Transistor einen Schmitt-Trigger. Durch den aus dem dritten und vierten Transistor gebildeten Stromspiegel wird erreicht, daß im Ruhezustand des Schmitt-Triggers der vierte Transistor nicht gesperrt sondern mit einem kleinen Emitterstrom im aktiven Bereich betrieben wird.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung dieru der Emitter des fünften Transistors als Ausgang. In diesem Fall besteht keine Mitkopplung über einen Widerstand zwischen dem Emitter des fünften Transistors und dem Emitter des vierten Transistors und damit auch keine Schmitt-Triggerfunktion. Für den Fall, daß der dritte Transistor und der fünfte Transistor als Schmitt-Trigger arbeiten, ist ein sechster Transistor als Ausgangstransistor der Schaltung vorgesehen.

Die Erfindung wird im folgenden an Ausführungsbei-

Xi' spielennäheierläutert. . - , ..s

'" Die F i g. 1 zeigt einen Breitbandverstärker nach der '■. Erfindung zur Verstärkung von Fotoströmen in Verbindung mit einem Schmitt-Trigger. Der Verstärker der Fig. 1 ist ein sogenannter Transimpedanz-Verstärker mit dem ersten Transistor Ti, dem zweiten Transistor T2, dem dritten Transistor Γ3 sowie dem vierten Transistor T4. Der Schmitt-Trigger wird, wenn man von den

Widerständen absieht, vorn dritten Transistor T3, dem vierten Transistor T4 und dem fünften Transistor T"5 gebildet Am Ausgang der Schaltungsanordnung der F i g. 1 befindet sich der Ausgangs-Transistor T6.

Bei der Anordnung der F i g. 1 wird der von der Fotodiode FD gelieferte Fotostrom der Basis des ersten Transistors Tl zugeführt, dessen Kollektor mit der Basis des zweiten Transistors TI verbunden ist Zwischen der Basis des ersten Transistors TX und dem Emitter des zweiten Transistors TI ist ein Widerstand Rf angeordnet In Serie zur Emitter-Koliektorstrecke des zweiten Transistors TI liegt die Emitter-Kollektorstrecke eines dritten Transistors Γ3. Dem Emitter des dritten . Transistors T3 ist ein Widerstand R 3 vorgeschaltet Der Transistor Γ3 ist als Diode geschaltet Die Stromverstärkung ist durch das Widerstandsverhältnis des Widerstandes Rfzum Widerstand R 3 einstellbar.

Bei der Schaltung der F i g. 1 bildet der dritte Transistor T3 mit einem vierten Transistor T 4 einen StromspiegeL Dadurch erscheint der Emitterstrom /3 des dritten Transistors T3 um das Stromspiegelverhältnis vergrößert am Kollektor des vierten Transistors T4. Dem Emitter des vierten Transistors T4 ist ein Widerstand R 4 vorgeschaltet

Bei der Schaltungsanordnung der F i g. 1 ist ein fünfter Transistor T5 vorhanden, dessen Emitter über einen Widerstand Rk mit dem Emitter des vierten Transistors T4 gekoppelt ist Diese Mitkopplung trägt dazu bei, daß die Transistoren T3, T 4 und Γ5 einen Schmitt-Trigger bilden. Durch den aus den Transistoren Γ3 und 7" 4 bestehenden Stromspiegel wird erreicht, daß im Ruhezustand des Schmitt-Triggers der vierte Transistor Γ 4 nicht gesperrt ist, sondern mit einem kleinen Emitterstrom /4 im aktiven Bereich betrieben wird. Der Emitterstrom /4 wird bestimmt durch das Spiegelverhältnis und den Widerstand Rk. Im aktiven Zustand des Schmitt-Triggers ist der fünfte Transistor T5 gesperrt und der vierte Transistor T 4 gesättigt

Bei der Schaltung nach der F i g. 1 wird der Sättigungszustand des vierten Transistors T4 durch den Stromspiegel (T3, T4) und den Widerstand Rk kontrolliert Das Spiegelverhältnis (13/14 = R 4/R 3) bestimmt den maximalen Strom 14, bei dem der vierte Transistor T4 noch im aktiven Bereich arbeitet. Der maximale Strom /4, der im Sättigungszustand durch den vierten Transistor T4 fließen kann, wird duf;h den Widerstand Rk bestimmt Mit Hilfe des Spiegelverhältnisses sowie mittels Rk kann man somit den Betrieb des vierten Transistors Γ4 so einstellen, daß eine starke Sättigung vermieden wird und der Transistor 7" 4 an der Grenze zwisehen Sättigung und aktivem Bereich arbeitet

Das Vermeiden des Sperrzustandes sowie der starken Sättigung von T4 in den beiden Zuständen des Schmitt-Triggers hat zur Folge, daß die Schaltzeiten t_on und t_on des Schmitt-Triggirs der F i g. 1 sehr klein werden. Bei der Realisierung der Schaltung in integrierter monolythischer Technik wurden für den Schmitt-Trigger Schaltzeiten t_on = 50 nsec und t_oir — 80 nsec erzielt. Diese Zeiten entsprechen einer maximalen Arbeitsfrequenz von über 5 MHz.

Die Schaltung der Fig.2 unterscheidet.sich von der ■Schaltung der Fi g.l-dadurch, daß keine -Mitkopplung 'über den Widerstand Rk zwischen dem vierten und fünften Transistor vorhanden ist Wegen des Wegfalls von IRk ist bei der Schaltung der Fig.2 im Gegensatz zur Schaltung der Fig.! keine Schmitt-Triggerfunktion vorhanden. Die Schaltung der Fig.2 ist als linearer Breitbandverstärker verwendbar. Bei der Schaltung der F i g. 2 wird der Widerstand R so dimensioniert, daß das Ruhepotential am Ausgang, d. h. am Emitter des Transistors T5, gleich UJ2vk±

Die Fig.3 zeigt die Grundschaltung der Fig. 1, jedoch noch mit einem zusätzlichen Transistor Tl. Der siebte Transistor Tl bewirkt einen sogenannten offenen Kollektor-Ausgang. Die Schaltung der F i g. 4 stellt eine Modifikation der Schaltung der F i g. 3 dar. Während bei der Schaltung der F i g. 3 die Basis des Transistors T6 mit dem Emitter des Transistors T5 verbunden ist, ist bei der Schaltung der F i g. 4 die Basis des Transistors T6 mit dem Kollektor des Transistors T5 verbunden. Dies hat zur Folge, daß die Schaltung der F i g. 4 ein Ausgangssignal liefert, welches gegenüber dem Ausgangssignal der Schaltung der F i g. 3 invertiert ist

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Breitbandverstärker zur Verstärkung eines durch ein Lichtsignal ausgelösten Fotostromes mit einem ersten und einem dem ersten Transistor nachgeschalteten zweiten Transistor, bei dem zwischen die Basis des ersten Transistors und den Emitter des zweiten Transistors ein Widerstand geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter Transistor (T3) und ein vierter Transistor (T 4) vorgesehen sind, die einen Stromspiegel bilden, daß der dritte Transistor (T3) in Reihe zum zweiten Transistor (T2) geschaltet ist und daß zwischen dem dritten Transistor (T3) und Masse ein Widerstand (R 3) liegt

2. Breitbandverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Transistor (T3) als Diode geschaltet ist.

3. Breitbaccrterstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandsverhältnis des zwischen der Basis des ersten Transistors (T 1) und dem Emitter des zweiten Transistors (T2) liegenden Widerstandes (Rp) zu dem zwischen dem dritten Transistor (T3) und Masse liegenden Widerstand (R 3) derart gewählt ist, dal? der Breitbandverstärker eine bestimmte Stromverstärkung aufweist

4. Breitbandverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß ein fünfter Transistor (TS) vorgesehen ist der entweder mit dem dritten Tru.isistor (T 3) und dem vierten Transistor (T4) einen Schmitt-Trigger bildet oder dessen Emitter frei ist und als Ausgang der Schaltung dient

5. Breitbandverstärker nach Arr oruch 4, dadurch gekennzeichnet daß bei Verwendung des dritten, vierten und fünften Transistors als Schmitt-Trigger der Emitter des fünften Transistors (TS) mit dem Emitter des vierten Transistors (TV) über einen Widerstand (Rk) gekoppelt ist.

6. Breitbandverstärker nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet daß für den Fall, daß der fünfte Transistor (TS) mit dem dritten Transistor (T3) und dem vierten Transistor (T4) einen Schmitt-Trigger bildet ein sechster Transistor (T6) als Ausgangstransistor vorgesehen ist

7. Breitbandverstärker nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des sechsten Transistors (T6) mit dem Emitter des fünften Transistors (T5) verbunden ist

8. Breitbandverstärker nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet daß die Basis des sechsten Transistors (TS) mit dem Kollektor des fünften Transistors (TS) verbunden ist.

9. Breitbandverstärker nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein siebter Transistor (T7) als Ausgangstransistor mit einem offenen Kollektor-Ausgang vorgesehen ist.

10. Breitbandverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Emitter des vierten Transistors (T4) und Masse "ein Widerstand (R,4) geschaltet ist. ' '„?,