DE3732872C1 - Integrated transistor push-pull amplifier - Google Patents

Integrated transistor push-pull amplifier

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DE3732872C1 DE3732872A DE3732872A DE3732872C1 DE 3732872 C1 DE3732872 C1 DE 3732872C1 DE 3732872 A DE3732872 A DE 3732872A DE 3732872 A DE3732872 A DE 3732872A DE 3732872 C1 DE3732872 C1 DE 3732872C1
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    • H03F3/3067—Single-ended push-pull [SEPP] amplifiers; Phase-splitters therefor the collectors of complementary power transistors being connected to the output with asymmetrical driving of the end stage

Abstract

The amplifier comprises a complementary output stage T1, T2 and a complementary driver stage T3, T4, with each driver device and its associated output device forming a complementary Darlington circuit T1+T3, T2+T4. The bases and emitters of the driver transistors T3, T4 are interconnected via respective diodes D1, D2, and a potential divider R3, R4, D3, D4, D5 provides suitable operating voltages to the emitters of the driver transistors. This arrangement removes an R-C filter circuit necessary in the prior art (Fig 1) and so the whole amplifier can be produced as an integrated circuit. Also, as there is a maximum of three diode voltage drops between the terminals of the supply voltage source, the minimum permissible supply voltage level is less than 2 volts. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Transistor-Gegentaktver­ stärker mit einer komplementären Gegentakt-B-Endstufe und komplementären Treibertransistoren, wobei je ein Treibertransistor mit je einem Transistor der Endstufe eine komplementäre Darlington-Schaltung bildet.The invention relates to a transistor push-pull stronger with a complementary push-pull B amplifier and complementary driver transistors, one each Driver transistor with one transistor each of the output stage forms a complementary Darlington circuit.

Aus der DE-PS 25 54 770 ist ein Transistor-Gegentaktver­ stärker mit einer Gegentakt-Treiberstufe mit zwei kom­ plementären Transistoren und einer Gegentakt-B-Endstufe, die ebenfalls zwei komplementäre Transistoren enthält, bekannt.From DE-PS 25 54 770 is a transistor push-pull stronger with a push-pull driver stage with two com complementary transistors and a push-pull B output stage, which also contains two complementary transistors, known.

Die Fig. 1 zeigt die Schaltung eines Transistor-Gegen­ taktverstärkers gemäß der oben genannten Druckschrift, wobei zur Ansteuerung der komplementären Gegentakt-B- Endstufe (T 1, T 2) die komplementären Treibertransisto­ ren (T 3, T 4) dienen, deren Emitter direkt miteinander verbunden sind. Da das Gleichspannungspotential dieser Emitter etwa auf halbem Betriebsspannungspotential liegt, können diese an die Verbindung der beiden Kol­ lektoren der Endstufentransistoren (T 1, T 2) angeschlos­ sen werden. Die Verbindung der beiden Kollektoren der Endstufentransistoren muß zur Erzielung einer hohen Ausgangsleistung eine Gleichspannung entsprechend der halben Betriebsspannung aufweisen. Zur Vermeidung einer verstärkungsmindernden Gegenkopplung wird diese Verbin­ dung über ein Siebglied, bestehend aus zwei Widerstän­ den (R 5, R 6) und einem Kondensator C, hergestellt. Fig. 1 shows the circuit of a transistor counter-clock amplifier according to the above-mentioned document, the complementary driver transistors ( T 3 , T 4 ), the emitters of which serve to control the complementary push-pull B output stage ( T 1 , T 2 ) are directly connected to each other. Since the DC potential of these emitters is about half the operating voltage potential, they can be connected to the connection of the two collectors of the output stage transistors ( T 1 , T 2 ). The connection of the two collectors of the output stage transistors must have a DC voltage corresponding to half the operating voltage in order to achieve a high output power. To avoid a gain-reducing negative feedback, this connec tion is made via a filter element consisting of two resistors ( R 5 , R 6 ) and a capacitor C.

Ein Transistor-Gegentaktverstärker mit diesem Schal­ tungsaufbau kann nicht integriert werden, da der Kon­ densator C des Siebgliedes aufgrund des hohen Kapazi­ tätswertes (in der genannten Druckschrift: 22 µF) nicht in diese Schaltung integriert werden kann. Somit müßte der Schaltungspunkt zwischen den Siebwiderständen (R 5, R 6) und den Emittern der Treibertransistoren T 3, T 4 als Anschlußpunkt herausgeführt werden, wodurch zusätzliche Kosten entstehen. Ein weiterer Nachteil dieser dem Stand der Technik entsprechenden Schaltung besteht dar­ in, daß die minimale Betriebsspannung von etwa 2,3 V relativ hoch ist. Dieser Wert ergibt sich dadurch, daß in dieser Schaltung bis zu vier Diodenflußstrecken zwi­ schen den Polen der Betriebsspannungsquellen liegen.A transistor push-pull amplifier with this circuit configuration cannot be integrated, since the capacitor C of the filter element cannot be integrated into this circuit due to the high capacitance value (in the mentioned publication: 22 μF). Thus, the switching point between the screen resistors ( R 5 , R 6 ) and the emitters of the driver transistors T 3 , T 4 would have to be brought out as a connection point, which would result in additional costs. Another disadvantage of this prior art circuit is that the minimum operating voltage of about 2.3 V is relatively high. This value results from the fact that in this circuit there are up to four diode flux paths between the poles of the operating voltage sources.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Transistor-Gegentaktverstärker der eingangs beschrie­ benen Art zu schaffen, der integrierbar ist und so aus­ gebildet ist, daß die minimal zulässige Betriebsspan­ nung unter 2 V liegt.The invention is therefore based on the object Transistor push-pull amplifier described above to create the kind that can be integrated and so out is formed that the minimum allowable operating span voltage is below 2 V.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Basen bzw. die Emitter der Treibertransistoren je­ weils über eine Diode miteinander verbunden sind und daß die Emitter eines komplementären Transistorpaares kreuzgekoppelt und elektrisch gleichsinnig mit je einem Emitter der Treibertransistoren verbunden sind, daß die Kollektoren des Transistorpaares jeweils an einem Pol der Betriebsspannungsquelle angeschlossen sind, daß ein erster bzw. zweiter Widerstand zwischen dem ersten bzw. zweiten Pol der Betriebsspannungsquelle und jeweils der Basis des an diesem Pol angeschlossenen Transistors des Transistorpaares geschaltet ist und daß drei in Reihe geschaltete Dioden die beiden Basen der Transistoren des Transistorpaares verbinden. According to the invention, this object is achieved in that the bases or the emitters of the driver transistors Weil are connected to each other via a diode and that the emitters of a complementary pair of transistors cross-coupled and electrically in the same direction with one each Emitter of the driver transistors are connected that the Collectors of the transistor pair at one pole the operating voltage source are connected that a first or second resistance between the first or second pole of the operating voltage source and each Base of the transistor connected to this pole Transistor pair is connected and that three in series switched diodes the two bases of the transistors connect the transistor pair.  

Zwar ist aus der US 35 53 599, insbesondere Fig. 8, ein Gegentakt-Verstärker bekannt, bei dem die Emitter der beiden Treibertransistoren über eine Diode verbunden sind und zwei jeweils an einen Pol der Betriebsspannungs­ quelle angeschlossene Widerstände jeweils kreuzgekoppelt mit je einem Emitter der beiden Treibertransistoren ver­ bunden sind. Ein solcher Gegentakt-Verstärker weist ge­ mäß der Beschreibung erhebliche Nachteile auf, insbeson­ dere ist die von der einzigen Diode für die beiden Trei­ bertransistoren erzeugte Vorspannung zu gering, wodurch Kreuzmodulation nicht ausreichend unterdrückbar ist, vergleiche den die Spalte 3 und 4 verbindenden Absatz sowie Spalte 8, Zeilen 4-15. Ferner wird in dem gleichen Absatz auf eine bekannte Lösung zur Vermeidung der Kreuz­ modulation hingewiesen, indem die Vorspannung durch meh­ rere Dioden - anstatt nur durch eine einzige - erzeugt wird. Es findet sich dagegen kein Hinweis in dieser Druckschrift, wie die dadurch bedingte hohe minimale Betriebsspannung von ca. 2,3 V, wie sie bei der oben genannten Schaltung gemäß der DE-PS 25 54 770 mit zwei Vorspanndioden auftritt, verringert werden kann.Although a push-pull amplifier is known from US 35 53 599, in particular Fig. 8, in which the emitters of the two driver transistors are connected via a diode and two resistors each connected to a pole of the operating voltage source are each cross-coupled with one emitter each two driver transistors are connected ver. Such a push-pull amplifier has, according to the description, considerable disadvantages, in particular the bias voltage generated by the single diode for the two driver transistors is too low, as a result of which cross-modulation cannot be sufficiently suppressed, compare the paragraph and column connecting columns 3 and 4 8, lines 4-15. Furthermore, the same paragraph refers to a known solution to avoid cross-modulation, in that the bias voltage is generated by a plurality of diodes , instead of only a single one. On the other hand, there is no indication in this document as to how the resulting high minimum operating voltage of approximately 2.3 V, as occurs in the above-mentioned circuit according to DE-PS 25 54 770 with two biasing diodes, can be reduced.

Der erfindungsgemäße Transistor-Gegentaktverstärker weist dagegen nur eine minimal zulässige Betriebsspannung von ca. 1,7 V auf, da maximal nur drei Flußstrecken von Dio­ den bzw. Transistoren zwischen den Polen der Betriebs­ spannungsquelle liegen. Weiterhin ist diese Schaltung integrierbar, wobei deren Herstellung keine untragbare Modifikation der Technologie bedarf. Darüber hinaus ist der zwischen den Emittern der Treibertransistoren T 3 und T 4 und dem Bezugspotential liegende Schaltungsteil dyna­ misch niederohmig und so ausgebildet, daß an diesen Emittern etwa die halbe Betriebsspannung abfällt. The transistor push-pull amplifier according to the invention, on the other hand, only has a minimum permissible operating voltage of approximately 1.7 V, since a maximum of only three flow paths of diodes or transistors lie between the poles of the operating voltage source. Furthermore, this circuit can be integrated, the production of which does not require an intolerable modification of the technology. In addition, the circuit part located between the emitters of the driver transistors T 3 and T 4 and the reference potential is dynamically low-resistance and is designed such that approximately half the operating voltage drops at these emitters.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Dioden des Transistor-Gegentaktverstärkers bezüglich der Betriebsspannung in Durchlaßrichtung geschaltet.In an advantageous development of the invention the diodes of the push-pull transistor amplifier with respect the operating voltage switched in the forward direction.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Fig. 2 dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.An embodiment of the invention is shown in FIG. 2 and is described in more detail below.

Der erfindungsgemäße integrierbare Transistor-Gegentakt­ verstärker nach Fig. 2 hat zwei Anschlüsse 1, 2 zum Zuführen von mit dem Verstärker zu verstärkenden Wechsel­ stromsignalen der Spannung U E , wobei der Anschluß 2 auf Masse liegt und der Anschluß 1 über einen Kondensator C E mit der Basis eines Transistors T 5 in Verbindung steht, dessen Emitter auf dem Massepotential liegt und dessen Kollektor erstens mit der Basis eines pnp-Treibertransi­ stors T 4 und zweitens über eine bezüglich der Betriebs­ spannung in Durchlaßrichtung geschaltete Diode D 1 mit der Basis des npn-Treibertransistors T 3 verbunden ist, so daß die Transistoren T 3 und T 4 eine komplementäre Gegentakt-Treiberstufe bilden, deren Emitter über eine Diode D 2 miteinander verbunden sind. Die Basis des Treibertransistors T 3 steht außerdem über eine Stromquelle Q 1 mit einem Anschluß 3 einer Betriebsspan­ nungsquelle in Verbindung, die eine positive Gleichspan­ nung U B liefert. Während die Kollektoren der Transisto­ ren T 1 und T 2 direkt miteinander verbunden sind, schließt sich an die Basis des pnp-Transistors T 1 der Kollektor des Treibertransistors T 3 und an die Basis des npn- Transistors T 2 der Kollektor des Treibertransistors T 4 an. Die Transistoren T 1 und T 2 bilden eine komplementä­ re Gegentakt-B-Endstufe, wobei der Emitter des Endstu­ fentransistors T 1 auf dem positiven Betriebspotential des Anschlusses 3 und der Emitter des Endstufentransi­ stors T 2 auf dem Massepotential liegt.The integrable transistor push-pull amplifier according to the invention according to FIG. 2 has two connections 1 , 2 for supplying alternating current signals of the voltage U E to be amplified with the amplifier, the connection 2 being connected to ground and the connection 1 via a capacitor C E to the Base of a transistor T 5 is connected, the emitter of which is at ground potential and the collector of which is firstly the base of a pnp driver transistor T 4 and secondly via a diode D 1 switched with respect to the operating voltage with the base of the npn driver transistor T 3 is connected so that the transistors T 3 and T 4 form a complementary push-pull driver stage, the emitters of which are connected to one another via a diode D 2 . The base of the driver transistor T 3 is also connected via a current source Q 1 to a terminal 3 of an operating voltage source which supplies a positive direct voltage U B. While the collectors of the Transisto ren T 1 and T 2 are connected directly to each other, of the pnp transistor T joins 1, the collector of the driver transistor T 3 and to the base of NPN transistor T 2, the collector of the driver transistor T 4 at the base of . The transistors T 1 and T 2 form a complementary push-pull B output stage, the emitter of the end stage transistor T 1 being at the positive operating potential of the terminal 3 and the emitter of the output stage transistor T 2 being at the ground potential.

Die beiden miteinander verbundenen Kollektoren der End­ stufentransistoren T 1 und T 2 stehen erstens über einen Kondensator C L mit einem Anschluß 4 in Verbindung, der zusammen mit einem auf dem Massepotential liegenden Anschluß 5 den Ausgang des Transistor-Gegentaktverstär­ kers bildet. Zweitens steht der Verbindungspunkt zwi­ schen den Kollektoren der Endstufentransistoren über einen Widerstand R 2 mit der Basis des Eingangstransi­ stors T 5 in Verbindung. Zwischen der Basis dieses Ein­ gangstransistors und dem Bezugspotential ist ein Wider­ stand R 1 geschaltet. Der Kondensator C E dient zur An­ kopplung des Eingangssignales U E .The two interconnected collectors of the final stage transistors T 1 and T 2 are firstly connected via a capacitor C L to a terminal 4 , which together with a terminal 5 at ground potential forms the output of the transistor push-pull amplifier. Second, the connection point between the collectors of the output stage transistors is connected via a resistor R 2 to the base of the input transistor T 5 . Between the base of this A transistor and the reference potential, an opposing R 1 was connected. The capacitor C E is used for coupling the input signal U E.

Außer den komplementären Transistoren T 3 und T 4 bzw. T 1 und T 2 in der Treiberstufe und in der Gegentakt-B-End­ stufe sind auch die Transistoren T 1 und T 3 bzw. T 2 und T 4 zueinander komplementär. In addition to the complementary transistors T 3 and T 4 or T 1 and T 2 in the driver stage and in the push-pull B-end stage, the transistors T 1 and T 3 or T 2 and T 4 are complementary to one another.

Ein weiteres komplementäres Transistorpaar besteht aus den Transistoren T 6 und T 7, wobei deren Emitter mit den Emittern der Treibertransistoren T 3 und T 4 so wechsel­ seitig miteinander verschaltet sind, daß der Emitter des npn-Transistors T 6 mit dem Emitter des pnp-Transi­ stors T 4 und gleichzeitig mit der Anode der Diode D 2 verbunden ist und der Emitter des pnp-Transistors T 7 mit dem Emitter des npn-Transistors T 3 und gleichzeitig mit der Kathode der Diode D 2, während der Kollektor des Transistors T 6 bzw. T 7 auf dem positiven Betriebspoten­ tial des Anschlusses 3 bzw. auf dem Massepotential liegt. Außerdem ist die Basis des Transistors T 6 über einen Widerstand R 3 mit dem positiven Betriebspotential des Anschlusses 3 und die Basis des Transistors T 7 über den Widerstand R 4 mit dem Massepotential verbunden. Darüber hinaus sind die Basen der Transistoren T 6 und T 7 über drei in Reihe und bezüglich der Betriebsspan­ nung in Durchlaßrichtung geschaltete Dioden D 3, D 4 und D 5 verbunden, wodurch zusammen mit den Widerständen R 3 und R 4 ein Spannungsteiler entsteht. Durch die gleich großen Widerstände R 3 und R 4 wird gewährleistet, daß die Gleichspannung an den Emittern der Transistoren T 3 und T 4 etwa der halben Betriebsspannung entspricht. Da bei dieser erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung in jedem Längszweig zwischen den Polen der Betriebsspan­ nungsquelle maximal drei Diodenflußstrecken liegen, ergibt sich eine minimal zulässige Betriebsspannung von ca. 1,7 V.Another complementary transistor pair composed of the transistors T 6 and T 7, wherein the emitters of which are mutually interconnected to the emitters of the driver transistors T 3 and T 4, so that the emitter of the npn transistor T 6 to the emitter of the PNP Transistor stors T 4 and at the same time connected to the anode of the diode D 2 and the emitter of the pnp transistor T 7 to the emitter of the npn transistor T 3 and simultaneously to the cathode of the diode D 2 , while the collector of the transistor T 6 or T 7 lies on the positive operating potential of connection 3 or on the ground potential. In addition, the base of transistor T 6 is connected to the positive operating potential of terminal 3 via a resistor R 3 and the base of transistor T 7 is connected to ground potential via resistor R 4 . In addition, the bases of the transistors T 6 and T 7 are connected via three diodes D 3 , D 4 and D 5 connected in series and with respect to the operating voltage, which together with the resistors R 3 and R 4 creates a voltage divider. The resistors R 3 and R 4 of the same size ensure that the DC voltage at the emitters of the transistors T 3 and T 4 corresponds to approximately half the operating voltage. Since with this circuit arrangement according to the invention there are a maximum of three diode flux paths in each longitudinal branch between the poles of the operating voltage supply source, there is a minimum permissible operating voltage of approximately 1.7 V.

Claims (2)

1. Transistor-Gegentaktverstärker mit einer komplemen­ tären Gegentakt-B-Endstufe (T 1, T 2) und komplementären Treibertransistoren (T 3, T 4), wobei je ein Treibertran­ sistor (T 3 bzw. T 4) mit je einem Transistor (T 1 bzw. T 2) der Endstufe eine komplementäre Darlington-Schal­ tung bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die Basen bzw. die Emitter der Treibertransistoren (T 3, T 4) jeweils über eine Diode D 1 bzw. D 2 miteinander verbunden sind und daß die Emitter eines komplementären Transistorpaa­ res (T 6, T 7) kreuzgekoppelt und elektrisch gleichsinnig mit je einem Emitter der Treibertransistoren (T 3, T 4) verbunden sind, daß die Kollektoren des Transistorpaares (T 6, T 7) jeweils an einem Pol der Betriebsspannungsquel­ le angeschlossen sind und daß ein erster bzw. zweiter Widerstand (R 3 bzw. R 4) zwischen dem ersten bzw. zwei­ ten Pol der Betriebsspannungsquelle und jeweils der Basis des an diesem Pol angeschlossenen Transistors (T 6 bzw. T 7) des Transistorpaares geschaltet ist und daß drei in Reihe geschaltete Dioden D 3, D 4 und D 5 die bei­ den Basen der Transistoren des Transistorpaares (T 6, T 7) verbinden.1. transistor push-pull amplifier with a complementary push-pull B output stage ( T 1 , T 2 ) and complementary driver transistors ( T 3 , T 4 ), each with a driver transistor ( T 3 or T 4 ) with a transistor ( T 1 and T 2 ) of the output stage forms a complementary Darlington scarf device, characterized in that the bases or the emitters of the driver transistors ( T 3 , T 4 ) are each connected to one another via a diode D 1 and D 2 and that the emitters of which are of a complementary Transistorpaa res (T 6, T 7) cross-coupled and electrically in the same direction each connected to an emitter of the driver transistors (T 3, T 4), that the collectors of the transistor pair (T 6, T 7) each to one pole the operating voltage source are connected and that a first or second resistor ( R 3 or R 4 ) between the first or two th pole of the operating voltage source and in each case the base of the transistor connected to this pole ( T 6 or T 7 ) of Transistor pair ares is connected and that three series connected diodes D 3 , D 4 and D 5 which connect at the bases of the transistors of the transistor pair ( T 6 , T 7 ). 2. Transistor-Gegentaktverstärker nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die Dioden (D 1, D 2, D 3, D 4 und D 5) bezüglich der Betriebsspannung in Durchlaßrich­ tung geschaltet sind.2. transistor push-pull amplifier according to claim 1, characterized in that the diodes ( D 1 , D 2 , D 3 , D 4 and D 5 ) are switched with respect to the operating voltage in the forward direction.
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