DE3445167A1

DE3445167A1 - Totempoltransistor-ausgangsstufenschaltung

Info

Publication number: DE3445167A1
Application number: DE3445167A
Authority: DE
Inventors: Walter R. Sunnyvale Calif. Davis
Original assignee: National Semiconductor Corp
Current assignee: National Semiconductor Corp
Priority date: 1983-12-14
Filing date: 1984-12-11
Publication date: 1985-06-27
Also published as: DE3445167C2; US4603268A; JPS60153205A; JPH0720720U

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Totempoltransitor-Ausgangsstufenschaltung. Solche Schaltungen dienen zum Betreiben von Lasten, bei denen die Stufe entweder als Stromquelle oder als Stromsenke dienen kann. Solche Stufen wirken in der Regel gleichzeitig als Stromquelle und Stromsenke, so daß eine Stromspitze (Stromimpuls auftritt. Die Spitze wird bei den höheren Betriebsfrequenzen beträchtlich groß. Da eine solche Spitze kein brauchbares Ausgangssignal ergibt, ist sie parasitär und hat nur einen Energieverlust zur Folge. Wenn die Spitze übermäßig groß ist, kann die dabei auftretende Erhitzung für eine integrierte Schaltung (IC), in der die Stufe verwendet ist, zerstörend wirken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Totempoltransistor-Ausgangsstufenschaltung zu schaffen, bei der die Stromspitzen äußerst klein gehalten werden.

Durch die Erfindung soll weiterhin erreicht.werden, daß die Wirkung der Totempolschaltung als Stromquelle durch ihre Wirkung als Stromsenke beendet wird, so daß diese beiden Funktionen nicht gleichzeitig auftreten können.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Ausgangsstufe verwendet ein in Darlington-Schaltung angeordnetes Transistorenpaar mit einem als Stromquelle wirkenden Eingang und wirkt somit als Stromquelle an einem Ausgangsanschluß. Ein mit "ι dem Ausgangsanschluß verbundener Stromsenkentransistor liefert die Stromsenkfähigkeit. Der Stromsenkentransistor weist eine in Reihe mit seinem Kollektor geschal-

tete Diode auf, die so gepolt ist, daß sie den Senkstrom leitet. Eine zweite Diode ist zwischen der Basis des in Darlington-Schaltung angeordneten Ausgangstransistors und dem Kollektor des Stromsenkentransistors angeordnet.

Eine dritte Diode ist von der Basis des in Darlington-Schaltung angeordneten Treibertransistors aus zu dem Kollektor des Stromsenkentransistors hin geschaltet. Da alle drei Dioden gemeinsam von dem Kollektor des Stromsenkentransistors aus betrieben werden, können sie als Schaltelemente wirken, um die Stromquellenwirkung des in Darlington-Schaltung angeordneten Transistorenpaares zu steuern. Da die drei Dioden nicht gleichzeitig leitend sein können, kann das in Darlington-Schaltung angeordnete Transistorenpaar nicht leitend sein, solange der Stromsenkentransistor leitend ist; auf diese Weise werden Stromspitzen vermieden.

Es kann gegebenenfalls eine vierte Diode zwischen dem Kollektor des Stromsenkentransistors und dem Eingang eines Quellenfolgetreibers angeordnet sein, um die Sättigungscharakteristik des Stromsenkentransistors abzuflachen.

Im folgenden ist die Erfindung anhand der Zeichnung erläutert.

Fig. 1 und 2 zeigen Totempolausgangsstufenschaltungen bekannter Art,

Fig. 3 veranschaulicht als Beispiel eine Totempoltransistor-Ausgangsstufenschaltung gemäß der Erfindung.

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Die Schaltung nach Fig. 1 wird von einer V -Energiequelle betrieben, deren positiver Anschluß mit der Klemme 10 und deren negativer Anschluß mit der Klemme 11 verbunden ist. Der Ausgangsanschluß 12 liefert ein invertiertes Signal auf das an dem Eingangsanschluß 13 angelegte Signal. Beim Einschalten leitet der Transistor 14 den Strom aus dem Anschluß 12 nach Erde ab. Der Emitterfolgetransistor 15 treibt die Basis des Transistors 14. Die Schwelle des Leitungszustandes für den Transistor beträgt 2 V_n„ an dem Anschluß 13. Wenn der Transistor 13 unten ist (d.h. unterhalb der Schwelle), zieht der Widerstand 16 die Basis des Transistors 14 nach unten und schaltet ihn aus.

Die Transistoren 17 und 18 sind in Darlington-Schaltung angeordnet, so daß sie Strom zu dem Anschluß 12 liefern. Wenn der Anschluß 13 unten und der Transistor 14 abgeschaltet ist, leitet die Stromquelle 19 zur Basis des Transistors 18, so daß das Darlington-Paar Strom zu dem Anschluß 12 leitet und ihn hochzieht.

Wenn der Anschluß 13 hoch (d.h. oberhalb der Schwelle) und der Transistor 14 eingeschaltet ist, so daß er als Stromsenke wirkt, wird der Transistor 20 gleichfalls eingeschaltet, so daß die Basis des Transistors 18 nach unten gezogen und dadurch das Darlington-Paar abgeschaltet wird. Praktisch leitet der Transistor 20 den Strom aus der Quelle 19 von der Basis des Transistors 18 weg. Wenn _: der Transistor 18 abgeschaltet ist, zieht der Widerstand [

28 die Basis des Transistors 17 zu dessen Emitter hin j

j und schaltet ihn dadurch aus. j

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Bei dieser Schaltung besteht die Schwierigkeit, daß wenn der Anschluß 13 sich im Zustand unten befindet, der Transistor 17 in die Sättigung gehen kann. Dann kommt es, wenn der Anschluß 13 in den Zustand oben gelangt und der Transistor 20 die Basis des Transistors 18 nach unten zieht, zu einer Abschaltverzögerung am Transistor 17 infolge Minoritatstragerspeicherung. Da der übergang vom Zustand unten zum Zustand oben den Transistor 14 einschaltet, entsteht ein leitender Stromweg über die Transistoren 14 und 17, wodurch sich eine Stromspitze ergibt. Diese Spitze hält an, bis der Transistor 17 tatsächlich ausgeschaltet ist. Zu diesem Zeitpunkt leitet der Transistor 14 normalerweise Strom aus dem Anschluß 12 ab. Eine solche Stromspitze ist rein parasitär und erzeugt lediglieh Wärme, die für ein zugeordnetes IC-Plättchen problematisch sein kann.

Fig. 2 zeigt eine andere Ausgangsstufenschaltung bekannter Art. Die verschiedenen Elemente arbeiten in der gleichen Weise wie bei Fig. 1 und es werden die gleichen Anzahlen angewendet. Der Hauptunterschied liegt in der Einführung der Dioden 23 und 24 und in der Weglassung des Transistor? 20. Wenn der Transistor 14 ausgeschaltet ist, wird keine der Dioden 23 oder 24 von Strom durchflossen.

Somit fließt der Strom der Quelle 19 in die Basis des j

Transistors 18 und schaltet dadurch diesen und den Tran- ■

sistor 17 ein. Bei diesem Zustand liefert die Schaltung ■ Strom zu dem Anschluß 12 und wirkt als Hochziehvorrichtung. I Es ist zu erkennen, daß in diesem Zustand die Diode 23 j

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leicht vorwärts vorgespannt ist, keinen Strom führt. Wenn der Signalantrieb den Transistor 14 einschaltet, wird die Diode 23 gleichfalls eingeschaltet, so daß die Schaltung Strom von dem Anschluß 12 abführt und als Niederziehvorrichtung wirkt. Gleichzeitig wird die Diode 24 leitend und stiehlt oder entnimmt Basisstrom aus dem Transistor 18, wodurch sie diesen ausschaltet. Während das Aufhören des Stromflusses in dem Transistor 18 die Abschaltung des Transistors 17 bewirkt, entsteht eine Verzögerung infolge seiner gespeicherten Ladung. Dadurch werden ein leitender Stromstoßweg und eine Stromspitze von dem Anschluß 10 zur Erde für die Dauer der Ladungsentfernungszeit gebildet. Infolgedessen krankt die Schaltung nach Fig. 2 an demselben Nachteil wie diejenige von Fig.

Fig. 3 zeigt ein Schaltschema der Schaltung gemäß der Erfindung, dessen Bestandteile im wesentlichen die gleichen sind wie bei Fig. 1 und 2, wobei die gleichen Anzahlen verwendet sind und diese grundsätzlich in derselben Weise wirken. Wie ersichtlich, ist aber der Transitor 20 fortgelassen und es sind zwei Dioden mehr als bei der Schaltung nach Fig. 2 vorhanden. Der Kollektor des Transistors 14 dient als gemeinsame Kathodenanschlußverbindung für die Dioden 21 bis 26. Die Diode 23 ist zwischen den Ausgangsanschluß 12 und den Kollektor des Transistors 14 geschaltet, während die Anoden der Dioden 24 bis 26 an die Basiselektroden der Transistoren 17 bzw. 18 bzw. 15 angeschlossen sind.

Die Diode 23 und der Transistor 17 können wegen
des Vorhandenseins der Diode 25 keinen Strom leiten. j

Voraussetzung für die Leitfähigkeit der Diode 23 und j

des Transistors 17 ist, daß die Anode der Diode 25 ■

um 2 ν_πτ, oberhalb von deren Kathode liegt. Da hier kein !

BiV I

größerer Spannungsabfall als 1 ν_ητ, vorhanden sein kann, 1 ist eine gleichzeitige Leitfähigkeit ausgeschlossen. =

Wegen des Vorhandenseins der Diode 24 gilt das gleiche
für den Transistor 18 und die Diode 25. Sie können nicht *; gleichzeitig Strom führen.

Damit der Anschluß 12 einen Ausgangsstrom abgibt, werden die Transistoren 18 und 17 in Abhängigkeit von der
Stromquelle 19 stromleitend und dann sind sämtliche Dioden
23 bis 25 nicht stromleitend. Wenn der Transistor 14

stromleitend wird, wird sein Kollektor nach unten gezogen und schaltet dadurch die Dioden 23 bis 25 ein. Die
Diode 24 stiehlt oder entnimmt Basisstrom aus dem Transistor 18, die Diode 25 stiehlt oder entnimmt Basisstrom ; aus dem Transistor 17, und die Diode 23 wird stromleitend,

so daß der Transistor 14 Strom von der Ausgangsklemme

12 abführen kann. · )

Da die Diode 23 und der Transistor 17 nicht gleichzeitig Strom führen können, wie oben auseinandergesetzt, ι kann keine Stromspitze auftreten. Ebenso ist keine gleich- ; zeitige Stromleitung der Transistoren 14 und 17 möglich.

Die Diode 26 bezweckt das Weichmachen oder Abflachen
der Sättigungscharakteristik des Transistors 14. Wenn der
Signaleingang am Anschluß 13 den Transistor 14 in die

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Sättigung (über den Transistor 15) zu zwingen sucht, sobald die Spannung am Kollektor des Transistors 14 unter den Wert V abfällt, beginnt die Diode 26 Strom zu führen. Dadurch wird die Basiselektrode des Transistors 15 nach unten gezogen und klemmt praktisch den Eingangsanschluß 13 an den Spannungswert von etwa 2V„„ oberhalb des Erdpotentials. Da hierdurch eine Sättigung des Transistors 14 vermieden wird, weist die Schaltung kein Sättigungsproblem beim Übergang der Eingangsspannung von oben nach unten auf.

Ein anderes,mit der vorbekannten Schaltung nach Fig. 1 verbundenes Problem,ist das sog. Zenern. Es sei beispielsweise angenommen, daß eine Last mit ziemlich hoher Kapazität am Anschluß 12 angetrieben wird bzw. angelegt ist. Wenn dieser Kondensator auf eine merkliche Spannung aufgeladen wird, sucht er oben zu bleiben, selbst wenn der Ausgang nach unten geschaltet wird. Wenn der Anschluß 12 hochgehalten und der Transistor 20 eingeschaltet ist, werden die Basis-Emitterübergänge der Transistoren 17 und 18 umgekehrt vorgespannt. In manchen Fällen kann diese Vorspannung den Zenerpegel überschreiten und eine Stromleitfähigkeit aufgrund der umgekehrten Vorspannung auftreten. Diese ist bei der Schaltung nach Fig. 3 ausgeschlossen.

Claims

Wdm/Wa {

ANMELDER: NATIONAL SEMICONDUCTOR CORPORATION

2900 Semiconductor Drive Santa Clara, Kalif. 95 051 (V.St.A.)

BEZEICHNUNG: Totempoltransistor-Ausgangsstufen-

schaltung.

Patentansprüche :

(y

Totempoltransistor-Ausgangsstufenschaltung mit der Fähigkeit zur Abgabe und Ableitung von Ausgangsströmen einer Last mit Anschlüssen für den Signaleintritt und -austritt, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

ein erster und zweiter Energieanschluß für eine Betriebsenergiequelle,

ein erster Ausgangstransistor, dessen Emitter mit dem Signalausgangsanschluß verbunden ist und dessen Kollektor mit dem ersten Energieanschluß verbunden ist, und der eine Basiselektrode aufweist,

ein erster in Darlington-Schaltung angeordneter Treibertransistor, der zum Betreiben des ersten Ausgangstransistors dient und eine Basiselektrode aufweist,

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r:in zweiter Aursqangstran.s i r.tor, dessen Kollektor mit dem Ausgangsanschluß und dessen Emitter mit dem Energieanschluß verbunden ist, und der eine Basiselektrode aufweist,

eine erste, in Reihe zwischen dem Kollektor des zweiten Ausgangstransistors und dem Ausgangsanschluß angeordnete Diode, welche so gepolt ist, daß sie leitend ist, wenn der zweite Ausgangstransistor leitend ist,

eine zweite zwischen dem Kollektor des zweiten Ausgangstransistors und der Basis des ersten Ausgangstransitors geschaltete Diode, die so gepolt ist, daß sie leitend ist, wenn der zweite Ausgangstransistor leitend ist,

eine dritte, zwischen dem Kollektor des zweiten Ausgangstransistors und der Basis des ersten Treibertransistors angeordnete Diode, die so gepolt ist, daß sie leitend ist, wenn der zweite Ausgangstransistor leitend ist, und

eine zwischen dem ersten Anschluß der Energiequelle und der Basis des ersten Treibertransistors angeschlossene Konstantstromvorrichtung.
2. Totempoltransistor-Ausgangsstufenschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des zweiten Ausgangstransistors von einem als Emitterfolgeglied geschalteten zweiten Treibertransistor aus betrieben wird, dessen Basis mit dem Signaleingangsanschluß verbunden ist.

ORIGINAL

34Λ5167
3. Totempoltransistor-Ausgangsstufenschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine vierte Diode vorgesehen ist, die zwischen dem Kollektor des zweiten Ausgangstransistors und der Basis des zweiten Treibertransistors angeschlossen und so gepolt ist, daß sie leitend ist, wenn der zweite Ausgangstransitor leitend ist.

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