DE3445167C2 - - Google Patents
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- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
- H03F3/30—Single-ended push-pull [SEPP] amplifiers; Phase-splitters therefor
- H03F3/3083—Single-ended push-pull [SEPP] amplifiers; Phase-splitters therefor the power transistors being of the same type
- H03F3/3084—Single-ended push-pull [SEPP] amplifiers; Phase-splitters therefor the power transistors being of the same type one of the power transistors being controlled by the output signal
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Amplifiers (AREA)
- Electronic Switches (AREA)
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Totempol-Verstärkerschaltung.
Solche Schaltungen die
nen zum Betreiben von Lasten, bei denen die Stufe entwe
der als Stromquelle oder als Stromsenke dienen kann.
Solche Stufen wirken in der Regel gleichzeitig als Strom
quelle und Stromsenke, so daß eine Stromspitze (Stromim
puls) auftritt. Die Spitze wird bei den höheren Betriebs
frequenzen 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 ver
wendet ist, zerstörend wirken. (National Semiconductor Corporation
INTERFACE DATABOOK, 1986, S. 1-11).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Totem
poltransistor-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 Patent
anspruchs 1 gelöst.
Die Ausgangsstufe verwendet ein
in Darlington-Schaltung angeordnetes Transistorenpaar
mit einem als Stromquelle wirkenden Eingang und wirkt so
mit als Stromquelle an einem Ausgangsanschluß. Ein mit
dem Ausgangsanschluß verbundener Stromsenkentransistor
liefert die Stromsenkfähigkeit. Der Stromsenkentran
sistor 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 Stromquellenwir
kung des in Darlington-Schaltung angeordneten Tran
sistorenpaares zu steuern. Da die drei Dioden nicht
gleichzeitig leitend sein können, kann das in Darling
ton-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 Sät
tigungscharakteristik des Stromsenkentransistors abzu
flachen.
Im folgenden ist die Erfindung anhand der Zeichnung
erläutert.
Fig. 1 und 2 zeigen Totempolausgangsstufen
schaltungen bekannter Art,
Fig. 3 veranschaulicht als Beispiel eine
Totempoltransistor-Ausgangsstufenschaltung gemäß der
Erfindung.
Die Schaltung nach Fig. 1 wird von einer VCC-Energie
quelle betrieben, deren positiver Anschluß mit der Klemme
10 und deren negativer Anschluß mit der Klemme 11 ver
bunden ist. Der Ausgangsanschluß 12 liefert ein inver
tiertes Signal auf das an dem Eingangsanschluß 13 an
gelegte Signal. Beim Einschalten leitet der Transistor
14 den Strom aus dem Anschluß 12 nach Erde ab. Der Emitter
folgetransistor 15 treibt die Basis des Transistors 14.
Die Schwelle des Leitungszustandes für den Transistor 14
beträgt 2 VBE 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-Schal
tung angeordnet, so daß sie Strom zu dem Anschluß 12 lie
fern. 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
und schaltet ihn dadurch aus.
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 in
folge Minoritätsträgerspeicherung. Da der Übergang vom
Zustand unten zum Zustand oben den Transistor 14 einschal
tet, entsteht ein leitender Stromweg über die Transistoren
14 und 17, wodurch sich eine Stromspitze ergibt. Diese
Spitze hält an, bis der Transistor 17 tatsächlich ausge
schaltet ist. Zu diesem Zeitpunkt leitet der Transistor
14 normalerweise Strom aus dem Anschluß 12 ab. Eine sol
che Stromspitze ist rein parasitär und erzeugt ledig
lich Wärme, die für ein zugeordnetes IC-Plättchen proble
matisch sein kann.
Fig. 2 zeigt eine andere Ausgangsstufenschaltung be
kannter 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 Transistors 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
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.
Es ist zu erkennen, daß in diesem Zustand die Diode 23
leicht vorwärts vorgespannt ist, keinen Strom führt. Wenn
der Signalantrieb den Transistor 14 einschaltet, wird
die Diode 23 gleichfalls eingeschaltet, so daß die Schal
tung Strom von dem Anschluß 12 abführt und als Nieder
ziehvorrichtung 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 Ver
zögerung infolge seiner gespeicherten Ladung. Dadurch wer
den ein leitender Stromstoßweg und eine Stromspitze von
dem Anschluß 10 zur Erde für die Dauer der Ladungsent
fernungszeit gebildet. Infolgedessen krankt die Schaltung
nach Fig. 2 an demselben Nachteil wie diejenige von Fig. 1.
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 der
selben Weise wirken. Wie ersichtlich, ist aber der Tran
sitor 20 fortgelassen und es sind zwei Dioden 25, 26 mehr als
bei der Schaltung nach Fig. 2 vorhanden. Der Kollektor
des Transistors 14 dient als gemeinsame Kathodenanschluß
verbindung 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 18 bzw.
17 bzw. 15 angeschlossen sind.
Die Diode 23 und der Transistor 17 können wegen
des Vorhandenseins der Diode 25 nicht gleichzeitig Strom führen.
Voraussetzung für die Leitfähigkeit der Diode 23 und
des Transistors 17 ist, daß die Anode der Diode 25
um 2 VBE oberhalb von deren Kathode liegt. Da hier kein
größerer Spannungsabfall als 1 VBE vorhanden sein kann,
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, wer
den 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 gezo
gen und schaltet dadurch die Dioden 23 bis 25 ein. Die
Diode 24 stiehlt oder entnimmt Basisstrom aus dem Tran
sistor 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 gleich
zeitig Strom führen können, wie oben auseinandergesetzt,
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
Sättigung (über den Transistor 15) zu zwingen sucht,
sobald die Spannung am Kollektor des Transistors 14
unter den Wert VBE abfällt, beginnt die Diode 26 Strom
zu führen. Dadurch wird die Basiselektrode des Tran
sistors 15 nach unten gezogen und klemmt praktisch den
Eingangsanschluß 13 an den Spannungswert von etwa 2 VBE
oberhalb des Erdpotentials. Da hierdurch eine Sättigung
des Transistors 14 vermieden wird, weist die Schaltung
kein Sättigungsproblem beim Übergang der Eingangsspan
nung 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 eingeschal
tet ist, werden die Basis-Emitterübergänge der Transisto
ren 17 und 18 umgekehrt vorgespannt. In manchen Fällen
kann diese Vorspannung den Zenerpegel überschreiten
und eine Stromleitfähigkeit aufgrund der umgekehrten Vor
spannung auftreten. Diese ist bei der Schaltung nach
Fig. 3 ausgeschlossen.
Claims (3)
1. Totempol-Verstärkerschaltung mit der Fähigkeit zur
Abgabe von Ausgangsströmen an eine Last mit Anschlüs
sen für den Signaleintritt und -austritt, und mit
einem ersten und zweiten Energieanschluß für die Be
triebsenergiequelle,
einem ersten Ausgangstransistor, dessen Emitter mit dem Signalausgangsanschluß verbunden ist und dessen Kollektor mit dem ersten Energieanschluß verbunden ist, und der eine Basiselektrode aufweist,
einem ersten in Darlington-Schaltung angeordneten Treibertransistor, der zum Betreiben des ersten Aus gangstransistors dient und eine Basiselektrode aufweist,
einem zweiten Ausgangstransistor, dessen Kollek tor mit dem Ausgangsanschluß und dessen Emitter mit dem Energieanschluß verbunden ist, und der eine Basiselektrode aufweist,
einer ersten in Reihe zwischen dem Kollektor des zweiten Ausgangstransistors und dem Ausgangsan schluß angeordneten Diode, welche so gepolt ist, daß sie leitend ist, wenn der zweite Ausgangs transistor leitend ist,
einer zweiten zwischen dem Kollektor des zweiten Ausgangstransistors und der Basis des ersten Aus gangstransistors geschalteten Diode, die so ge polt ist, daß sie leitend ist, wenn der zweite Ausgangstransistor leitend ist,
einer dritten zwischen dem Kollektor des zweiten Ausgangstransistors und der Basis des ersten Trei bertransistors angeordneten Diode, die so gepolt ist, daß sie leitend ist, wenn der zweite Ausgangs transistor leitend ist, und
einer zweiten zwischen dem Anschluß der Energiequelle und der Basis des ersten Treibertransistors angeschlossenen Konstantstromvorrichtung.
einem ersten Ausgangstransistor, dessen Emitter mit dem Signalausgangsanschluß verbunden ist und dessen Kollektor mit dem ersten Energieanschluß verbunden ist, und der eine Basiselektrode aufweist,
einem ersten in Darlington-Schaltung angeordneten Treibertransistor, der zum Betreiben des ersten Aus gangstransistors dient und eine Basiselektrode aufweist,
einem zweiten Ausgangstransistor, dessen Kollek tor mit dem Ausgangsanschluß und dessen Emitter mit dem Energieanschluß verbunden ist, und der eine Basiselektrode aufweist,
einer ersten in Reihe zwischen dem Kollektor des zweiten Ausgangstransistors und dem Ausgangsan schluß angeordneten Diode, welche so gepolt ist, daß sie leitend ist, wenn der zweite Ausgangs transistor leitend ist,
einer zweiten zwischen dem Kollektor des zweiten Ausgangstransistors und der Basis des ersten Aus gangstransistors geschalteten Diode, die so ge polt ist, daß sie leitend ist, wenn der zweite Ausgangstransistor leitend ist,
einer dritten zwischen dem Kollektor des zweiten Ausgangstransistors und der Basis des ersten Trei bertransistors angeordneten Diode, die so gepolt ist, daß sie leitend ist, wenn der zweite Ausgangs transistor leitend ist, und
einer zweiten zwischen dem Anschluß der Energiequelle und der Basis des ersten Treibertransistors angeschlossenen Konstantstromvorrichtung.
2. Totempol-Verstärkerschaltung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des zweiten
Ausgangstransistors von einem als Emitterfolge
glied geschalteten zweiten Treibertransistor aus
betrieben wird, dessen Basis mit dem Signalein
gangsanschluß verbunden ist.
3. Totempol-Verstärkerschaltung 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 Ausgangstransistor leitend ist.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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US06/561,405 US4603268A (en) | 1983-12-14 | 1983-12-14 | Totem pole output circuit with reduced current spikes |
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Also Published As
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