DE3924471A1 - Breitbandverstaerker mit stromspiegelrueckgekoppelter vorspannungsschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Breitbandverstärker und insbesondere auf eine Vorspannungssteuerschaltung, die mit einem Kompensationskondensator zusammenarbeitet, der klein genug ist, um in eine monolithische, integrierte Schaltung integriert werden zu können.

Es sind bereits verschiedene Breitbandverstärkerschaltungen aus den US-Patentschriften 43 58 739 (Nelson) und 45 02 020 (Nelson et al.) bekannt. Sowohl diese bekannten Breitband­ verstärkerschaltungen als auch die Schaltung nach der vor­ liegenden Erfindung erfordern Eingangs-Vorspannungsschal­ tungen, die einen Strom sensieren, der in der Gegentakt- Verstärkerstufe fließt, um auf diese Weise ein Rückkopp­ lungssignal zur Eingangs-Vorspannungsschaltung erzeugen zu können. In Antwort auf das Rückkopplungssignal bildet die Vorspannungsschaltung Vorspannungen für die Eingangsstufe, um eine Drift zu verhindern, die sich durch Änderungen des Leistungsverbrauchs in der Ausgangsstufe ergibt. Die Rück­ kopplungskorrektur verhindert einen Anstieg der Ströme der Ausgangstransistoren, der durch temperaturverursachte Ab­ nahme der Basis/Emitterspannungen V _BE der Ausgangstransi­ storen entsteht. Werden die Basis/Emitterspannungen V _BE nicht kompensiert, so können die Transistorausgangsströme thermisch durchgehen, was zur Zerstörung der Ausgangstran­ sistoren führt.

Die Vorspannungs-Rückkopplungsschaltungen der herkömmlichen Breitbandverstärker weisen nur ein langsames Ansprechver­ halten bezüglich detektierter Änderungen im Strom der Aus­ gangstransistoren der Gegentakt-Ausgangsstufe auf. Das langsame Ansprechverhalten stellt sicher, daß die Vorspan­ nungsschaltung keinen Einfluß auf das Hochfrequenzverhalten der Eingangsstufe des Breitbandverstärkers hat. In allen herkömmlichen Breitbandverstärkern besitzen sehr große Kom­ pensationskondensatoren Kapazitäten von wenigstens etwa 0,01 µF, um das geforderte, langsame Rückkopplungs-An­ sprechverhalten gewährleisten zu können. Dabei ist es prak­ tisch jedoch nicht möglich, einen so großen Kondensator in einer monolithischen oder hybriden, integrierten Schaltung vorzusehen. Die integrierten Breitbandverstärkerschaltungen nach dem Stand der Technik weisen daher zusätzliche Gehäu­ sestifte (package pins) und große externe Kondensatoren auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine integrierte Breitbandverstärkerschaltung zu schaffen, die einen inter­ nen Vorspannungsschaltungs-Kompensationskondensator be­ sitzt.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine inte­ grierte Breitbandverstärkerschaltung zu schaffen, die zu­ verlässig arbeitet mit einem internen Vorspannungsschal­ tungs-Kompensationskondensator in ihrer Eingangs-Vorspan­ nungsrückkopplungsschaltung.

In Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel stellt die Erfindung eine Eingangs-Vorspannungsrückkopplungsschaltung in einem Verstärker zur Verfügung, der mit hinreichend ge­ ringer Kompensationskapazität betrieben werden kann, der­ art, daß ein Kompensationskondensator auf einem integrier­ ten Schaltungschip gemeinsam mit dem Verstärker vorhanden sein kann. So ist gemäß dem Ausführungsbeispiel eine erste Stromspiegelschaltung vorhanden, die einen Emitterstrom ei­ nes ersten Transistors in einer Ausgangsstufe des Verstär­ kers sensiert bzw. detektiert. Ein Rückkopplungsstrom, der einen bestimmten Prozentsatz des gespiegelten Stroms dar­ stellt, fließt durch einen zweiten Transistor, der eine sehr hohe Ausgangsimpedanz aufweist. Über eine Stromquelle mit hoher Impedanz wird ein Referenzstrom geliefert, wobei der Rückkopplungsstrom mit dem Referenzstrom verglichen wird, um ein Fehlersignal zu erzeugen. Das Fehlersignal wird an einen eine hohe Impedanz aufweisenden Eingangsan­ schluß einer DC-Vorspannungsschaltung gelegt, die eine DC- Vorspannung (Gleichspannung) steuert, welche an eine Aus­ gangsstufe des Verstärkers geliefert wird, um den Rückkopp­ lungsstrom an den Referenzstrom anzugleichen. Das Fehlersi­ gnal wird durch den Kompensationskondensator kompensiert. Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Emitterstrom in einem zweiten Transistor der Ausgangs­ stufe sensiert bzw. detektiert, und zwar mit Hilfe einer zweiten Stromspiegelschaltung, um einen zweiten gespiegel­ ten Strom zu erzeugen. Ein invertiertes Abbild des ersten gespiegelten Stroms wird mit dem zweiten gespiegelten Strom summiert bzw. zu diesem hinzuaddiert, um einen Rückkopp­ lungsstrom zu erzeugen, der einen bestimmten Bruchteil der summierten und gespiegelten Ströme darstellt. Der Rückkopp­ lungsstrom fließt über einen Transistor mit hoher Ausgangs­ impedanz und wird mit einem Referenzstrom summiert, der von einer Stromquelle mit hoher Impedanz kommt.

Die Zeichnung stellt neben dem Stand der Technik ein Aus­ führungsbeispiel der Erfindung dar. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltungsbeispiel nach dem Stand der Technik zum Vergleich mit der Erfindung, und

Fig. 2 ein schematisches Diagramm eines Breitbandverstär­ kers nach der Erfindung.

Bevor das Ausführungsbeispiel nach der Erfindung gemäß Fig. 2 im einzelnen beschrieben wird, soll zunächst näher auf die herkömmliche Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 eingegan­ gen werden, um die Merkmale der Erfindung besser verstehen zu können. Die Fig. 1 zeigt eine Schaltung eines COMLINEAR CLC300A Breitbandverstärkers. Seine Gegentakt-Ausgangsstufe (push-pull output stage) enthält einen PNP-Transistor 1 und einen NPN-Transistor 2, deren Kollektorelektroden über zwei Dioden und einen Widerstand miteinander verbunden sind. Transistoren 3 und 4 sowie Widerstände 5 und 6 dienen zur Aufrechterhaltung von Vorspannungen an den Basiselektroden der Transistoren 1 und 2. Um die Vorspannungen an den Ein­ gängen der NPN/PNP-Gegentakt-Ausgangstreiberschaltung ein­ stellen zu können, die die Ausgangsspannung V _AUS erzeugt, verbinden die Widerstände 7 bzw. 8 jeweils die Emitter der Transistoren 1 und 2 mit +V _cc bzw. -V _cc und sensieren die Emitterströme, die durch die Transistoren 1 und 2 hindurch­ fließen.

Es läßt sich leicht erkennen, daß bei relativ konstantem Stromfluß durch den Widerstand 5, den Transistor 3, den Transistor 4 und den Widerstand 6 hindurch ein plötzlicher Anstieg des Leistungsverbrauchs im Bereich der Transistoren 1 und 2 dazu führt, daß die V_BE-Spannungen der Transistoren 1 und 2 abnehmen, was zu einem Ansteigen der Ströme führt, die über die Transistoren 1 und 2 fließen. Dies führt zu einer weiteren Erhöhung ihrer Temperatur und zu einem ther­ mischen Durchgehen, wenn nicht entsprechende Korrekturen in der Vorspannung erfolgen, die zwischen den Basisanschlüssen der Transistoren 1 und 2 liegt. Leiter 9 und 10 dienen zum Übertragen der Spannungserhöhungen über den Widerständen 7 und 8, die infolge der Verminderung der V _BE-Spannungen der Transistoren 1 und 2 auftreten, sowie zur Erzeugung eines Rückkopplungssignals zwischen den Eingängen eines Opera­ tionsverstärkers 13. Der Ausgang des Operationsverstärkers 13 erzeugt eine Korrekturspannung, die zwischen den Basis­ anschlüssen der Transistoren 3 und 4 angelegt wird, um die Abnahme der V _BE-Spannungen der Transistoren 1 und 2 zu kom­ pensieren. In der vorliegenden Schaltung muß ein Vorspan­ nungskompensationskondensator 15 eine Kapazität von wenig­ stens etwa 0,01 µF aufweisen, um mehrere Probleme zu ver­ meiden, beispielsweise eine Modulation des Versorgungsruhe­ stroms, eine Drift der Eingangs-Offsetspannung, Veränderun­ gen interner Vorspannungen und -ströme, und dergleiche, die AC-Parameter, wie z. B. die Bandbreite und die Einschwing­ zeit beeinflussen können, so daß dieser Kondensator 15 nicht zusammen mit dem Rest des Breitbandverstärkers in ei­ nem einzelnen, integrierten Schaltungschip untergebracht werden kann.

Wie die Fig. 2 zeigt, enthält ein durch eine monolithische, integrierte Schaltung aufgebauter Breitbandverstärker 20 eine Verstärkerstufe 21, die eine konventionelle Schaltung aufweist, welche der Verstärkerstufe sehr ähnlich ist, die sich in der herkömmlichen Schaltung nach Fig. 1 befindet. Darüber hinaus enthält der Breitbandverstärker 20 auch eine Rückkopplungs-Vorspannungsschaltung 22 nach der Erfindung. Die Verstärkerstufe 21 weist einen PNP-Transistor 70 auf, dessen Emitter über einen 1,2 kOhm Widerstand mit +V _S und dessen Kollektor mit dem Emitter eines PNP-Transistors 71 verbunden sind. Der Kollektor des Transistors 70 ist eben­ falls mit der Basis des NPN-Transistors 3 verbunden. Der Kollektor des Transistors 71 ist mit -V _S verbunden, während die Basis des Transistors 71 mit +V _EIN gekoppelt ist.

Der Emitter eines NPN-Transistors 76 ist über einen 1,2 kOhm Widerstand mit -V _S verbunden, während der Kollektor des Transistors 76 mit dem Emitter eines NPN-Transistors 77 verbunden ist. Der Kollektor des Transistors 76 ist weiter­ hin mit der Basis eines PNP-Transistors 4 verbunden. Der Kollektor des Transistors 77 liegt ferner an +V _S, während seine Basis mit +V _EIN gekoppelt ist. Die Emitter der Tran­ sistoren 3 und 4 liegen an -V _EIN.

Der Kollektor des Transistors 3 ist über einen 1,2 kOhm Wi­ derstand 30 mit +V _S sowie mit der Basis eines PNP-Transi­ stors 1 verbunden. In ähnlicher Weise ist der Kollektor des Transistors 4 über einen 1,2 kOhm Widerstand 31 mit -V _S so­ wie mit der Basis eines NPN-Transistors 2 verbunden.

Der Kollektor des Transistors 1 ist mit der Basis eines NPN-Transistors 28 und ferner mit dem Kollektor und der Ba­ sis eines NPN-Transistors 24 verbunden, der als Diode ge­ schaltet ist. Der Emitter des NPN-Transistors 24 ist über einen 16,25 Ohm Widerstand 26 mit dem Emitter eines PNP- Transistors 25 verbunden, der ebenfalls als Diode geschal­ tet ist. Basis und Kollektor dieses Transistors 25 sind mit der Basis eines PNP-Ausgangstreibertransistors 29 und fer­ ner mit dem Kollektor eines Transistors 2 verbunden. Der Kollektor des NPN-Ausgangstreibertransistors 28 liegt an +V _S, während sein Emitter über einen 3,25 Ohm Widerstand 83 mit V _AUS verbunden ist, also mit der Ausgangsklemme 99. Der Kollektor des Transistors 29 liegt an -V _S, während sein Emitter über einen 3,25 Ohm Widerstand 84 ebenfalls mit V _AUS bzw. der Klemme 99 verbunden ist.

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung werden die Emitterströme der Transistoren 1 und 2 nicht durch Wi­ derstände sensiert bzw. erfaßt, also nicht durch Widerstän­ de 7 und 8 entsprechend Fig. 1. Statt dessen fließt der Emitterstrom des Transistors 1 durch eine PNP-Stromspiegel­ schaltung, die Transistoren 32 und 33 enthält. Der Emitter­ bereich des Transistors 32 kann 20mal so groß sein wie der des Transistors 33, obwohl das exakte Verhältnis nicht kri­ tisch ist. Der Kollektor und die Basis des Transistors 32 sind mit dem Emitter des Transistors 1 verbunden. Die Emit­ ter der Transistoren 32 und 33 liegen an +V _S an. Der Kol­ lektor des Transistors 33 ist über einen Leiter 34 mit dem Emitter eines PNP-Transistors 35 verbunden, der Teil der Vorspannungs-Rückkopplungsschaltung ist. Der Strom, der durch den Leiter 34 fließt, beträgt daher 1/20 des Emitter­ stroms des Transistors 1.

In ähnlicher Weise spiegelt eine NPN-Stromspiegelschaltung mit NPN-Transistoren 41 und 42 einen maßstäblich verklei­ nerten Wert (z. B. um den Faktor 20) des Emitterstroms des Transistors 2 zur Vorspannungs-Rückkopplungsschaltung. Der Kollektor und die Basis des NPN-Transistors 41 sind mit dem Emitter des Transistors 2 und mit der Basis des NPN-Transi­ stors 42 verbunden. Die Emitter der Transistoren 41 und 42 liegen an -V _S an. Der Kollektor des Transistors 42 ist über einen Leiter 38 mit der Rückkopplungs-Vorspannungsschaltung verbunden, die ihrerseits Transistoren 35, 37, 38, 40, 43, 45 und 47 sowie einen Kompensationskondensator 65 enthält.

Die Basis des Transistors 35 ist über einen Leiter 85 mit dem Kollektor und der Basis eines PNP-Transistors 80 und ferner mit dem Gateanschluß und dem Sourceanschluß eines JFETs 81 verbunden. (Es sei darauf hingewiesen, daß alle hier beschriebenen JFETs P-Kanal-JFETs sind.) Der Transi­ stor 80 liegt mit seinem Emitter am Kollektor und an der Basis eines PNP-Transistors 79, dessen Emitter mit einem Leiter 50 verbunden ist. Der Drainanschluß des JFETs 81 ist mit dem Kollektor und der Basis eines NPN-Transistors 57 verbunden, dessen Emitter in Serie mit den diodengeschalte­ ten Transistoren 58, 59 und 60 liegt.

Der Emitter des Transistors 48 ist mit dem Kollektor eines PNP-Transistors 53 und mit der Basis eines PNP-Transistors 54 verbunden. Der Kollektor des Transistors 48 ist mit dem Sourceanschluß des JFETs 47 und mit dem Kollektor eines PNP-Transistors 49 verbunden. Der Emitter des Transistors 55 ist mit der Basis des Transistors 53 und ferner mit dem Kollektor des Transistors 54 verbunden. Der Emitter des Transistors 54 ist mit dem Leiter 50 verbunden. Ferner ist der Emitter des Transistors 53 über einen 8,87 kOhm-Wider­ stand 91 mit dem Leiter 50 verbunden. Der Emitter des Tran­ sistors 49 ist über einen 84,95 kOhm-Widerstand 52 mit dem Leiter 50 verbunden, der seinerseits mit dem Emitter eines diodengeschalteten NPN-Transistors 66 verbunden ist. Der Kollektor und die Basis des Transistors 66 sind mit -V _S verbunden. Die Basiselektroden der Transistorsn 48, 49 und 55 sind über einen Leiter 63 mit dem Gate eines JFETs 56 verbunden. Der Sourceanschluß des JFETs 56 ist über einen 1,5 kOhm-Widerstand 82 mit dem Leiter 63 verbunden. Der Drainanschluß des JFETs 56 liegt an -V _S an.

Der Drainanschluß des JFETs 47 ist über einen Leiter 46 mit einem Anschluß eines 350 Picofarad-Kompensationskondensa­ tors 65 verbunden, wobei der andere Anschluß des Kompensa­ tionskondensators 65 an -V _S anliegt. Der Leiter 46 ist dar­ über hinaus mit der Gateelektrode eines JFETs 64 verbunden. Der Sourceanschluß des JFETs 64 ist mit dem Drainanschluß eines JFETs 69 und weiter mit der Basis eines NPN-Transi­ stors 72 verbunden. Der Gateanschluß des JFETs 47 ist mit der Basis und dem Kollektor des Transistors 55 verbunden. Ferner liegt der Leiter 46 auch am Kollektor eines Transi­ stors 45 an.

Der Kollektor des Transistors 35 ist über einen Leiter 36 mit dem Kollektor und der Basis eines NPN-Transistors 37 sowie mit der Basis eines NPN-Transistors 38 verbunden. Die Emitter der Transistoren 37 und 38 liegen jeweils über 0,3 kOhm-Widerstände 93 und 92 an -V _S an. Die Bereiche bzw. Flächen der Transistoren 37 und 38 und die Werte der Wider­ stände 92 und 93 können gleich sein, wobei in einem solchen Fall der Strom, der durch den Leiter 36 und den Transistor 37 hindurchfließt, unverändert durch den Kollektor des Transistors 38 gespiegelt wird, so daß sich dieser Strom am Verbindungspunkt zwischen Leiter 39 und dem Kollektor des Transistors 38 mit dem Strom summiert, der durch den Leiter 39 und den Kollektor des NPN-Transistors 42 hindurchfließt. Der Leiter 39 ist mit den Emittern der NPN-Transistoren 40 und 43 verbunden, deren Basisanschlüsse mit dem Basisan­ schluß und dem Kollektoranschluß des diodengeschalteten NPN-Transistors 58 verbunden sind. Die jeweils zu einer Diode geschalteten Transistoren 58, 59 und 60 liegen je­ weils in Serie zueinander und halten die Basis des Transi­ stors 58 drei V _BE-Spannungen oberhalb von -V _S.

Der Kollektor des Transistors 40 ist mit dem Emitter des NPN-Transistors 45 verbunden, dessen Kollektor mit dem Drainanschluß des JFETs 47 verbunden ist. Die Basis des Transistors 45 ist mit der Basis des NPN-Transistors 44 verbunden, dessen Kollektor an -V _S anliegt. Der Emitter des Transistors 44 ist mit dem Kollektor des NPN-Transistors 43 verbunden. Die Basis des Transistors 45 ist ebenfalls mit der Basis und dem Kollektor des zu einer Diode geschalteten NPN-Transistors 57 verbunden.

Der Kollektor eines NPN-Transistors 72 ist mit dem Gatean­ schluß des JFETs 69 und mit der Basis eines PNP-Transistors 70 sowie mit Kollektor und Basis eines Transistors 67 ver­ bunden. Der Sourceanschluß des JFETs 69 ist über einen 2 kOhm-Widerstand 68 mit dem Kollektor und der Basis des zu einer Diode geschalteten PNP-Transistors 67 verbunden. Der Emitter des PNP-Transistors 67 liegt über einen 0,6 kOhm- Widerstand 94 an +V _S an. Der Emitter des Transistors 70 ist dagegen über einen 0,6 kOhm-Widerstand 95 mit +V _S verbun­ den.

Der zu einer Diode geschaltete NPN-Transistor 73 liegt in Serie zwischen dem Emitter des Transistors 72 und dem Kol­ lektor bzw. der Basis des zu einer Diode geschalteten NPN- Transistors 74, dessen Emitter mit der Basis eines NPN- Transistors 76 sowie mit dem Kollektor und der Basis eines zu einer Diode geschalteten NPN-Transistors 75 liegt. Fer­ ner ist der Emitter des Transistors 74 mit dem Drainan­ schluß des JFETs 64 verbunden. Der Emitter des Transistors 75 ist über einen 0,6 kOhm-Widerstand 96 mit -V _S verbunden, während der Emitter des Transistors 76 über einen 0,6 kOhm- Widerstand 97 mit -V _S verbunden ist.

Die Rückkopplungs-Vorspannungsschaltung 22 kann in eine An­ zahl von Blöcken unterteilt werden. Der erste Block enthält die Stromspiegeltransistoren 32 und 33 sowie Transistoren 41 und 42. Der PNP-Stromspiegel mit den Transistoren 32 und 33 nimmt den Emitterstrom des Transistors 1 auf und liefert einen maßstäblichen Teil des Nachbildung dieses Stroms zum Leiter 34. In ähnlicher Weise nimmt der NPN-Stromspiegel mit den Transistoren 41 und 42 den Emitterstrom des Transi­ stors 2 auf und liefert einen maßstäblichen Teil dieses Stroms als Nachbildung zum Leiter 39. Der Maßstabs- bzw. Skalierungsfaktor für diese Schaltung beträgt 1/20 und ist für beide Spiegel gleich.

Der Transistor 66 erzeugt lediglich einen Diodenabfall zwi­ schen +V _S und der Bandlücken-Stromquelle (Transistoren 54, 53, 55, 48, 49, JFET 47, JFET 56 und Widerstände 82, 52 und 91) sowie der Diodenvorspannungskette (Transistoren 79, 80, JFET 81, Transistoren 57, 58, 59 und 60). Hierdurch wird ein hinreichender "Kopfraum" zwischen dem Emitter des Tran­ sistors 35 und dem Kollektor des Transistors 33 erhalten, so daß die zuletzt genannte Einrichtung beim ursprünglichen Einschalten nicht gesättigt wird.

Die Transistoren 79, 80, JFET 81, Transistoren 57, 58, 59 und 60 liefern Vorspannungen für andere Elemente der Vor­ spannungsschaltung 22. JFET 81 liegt mit seinem Gatean­ schluß fest an seinem Sourceanschluß, so daß er eine selbst-vorgespannte Stromquelle für die anderen diodenge­ schalteten Transistoren in dieser Kette bildet.

Die Bandlücken-Stromquelle enthält die Transistoren 54, 53, 55, 48, 49, den JFET 47, den JFET 56 sowie die Widerstände 82, 52 und 91. Die Transistoren 54, 53, 55 und 48 sowie der Widerstand 91 liefern einen Strom, der mit der Temperatur ansteigt, während der Transistor 49 und der Widerstand 52 einen Strom liefern, der mit der Temperatur abnimmt. Diese beiden Ströme summieren sich im Sourceanschluß des JFETs 47. Der Drainanschluß vom JFET 47 liefert einen Strom mit einem Temperaturkoeffizienten von Null oder nahe Null sowie zur selben Zeit eine sehr hohe Ausgangsimpedanz. Der Sourceanschluß des JFETs 56 ist mit einem Ende eines Wider­ stands 82 verbunden, dessen anderes Ende mit dem Gatean­ schluß des JFETs 56 verbunden ist, so daß eine kleinwerti­ ge, selbst-vorgespannte Stromquelle für den Anlauf der Bandlücken-Stromquelle erhalten wird.

Der Transistor 35 liegt in Serie mit dem Transistor 33, um eine komparable Basis-Kollektor-Vorspannung über dem Tran­ sistor 33 zu erhalten, wie sie über dem Transistor 42 er­ scheint. Hierdurch wird eine Kaskodenwirkung erzielt, um Schwankungen des zum Transistor 37 gelieferten Stroms sowie Spannungsversorgungsänderungen zu verhindern, die aufgrund des sogenannten "Early-Effekts" auftreten, der dem Fachmann bekannt ist. Die Transistoren 37 und 38 sowie die Wider­ stände 92 und 93 bilden einen anderen Stromspiegel zum Übersetzen des Stroms vom Transistor 35 und somit auch vom Transistor 33 auf dieselbe Polarität, wie dies beim Transi­ stor 42 der Fall ist. Diese Ströme werden an den Emitter­ verbindungen der Transistoren 40 und 43 aufsummiert.

Die Transistoren 40 und 43 teilen sich eine gemeinsame Spannung V _BE und sind daher skaliert. Im vorliegenden Fall ist der Emitterbereich des Transistors 43 19mal größer als der Emitterbereich des Transistors 40, so daß der Emitter des Transistors 43 19mal mehr Strom leitet als der Emitter des Transistors 40. Wesentlich ist, daß die Summe des Stroms an der Verbindung 39 durch 20 geteilt ist, wenn der Strom den Kollektor des Transistors 40 verläßt. Der Transi­ stor 45 dient als Kaskode zur Erhöhung der Ausgangsimpedanz zum Leiter 46, mit dem die Bandlücken-Stromquelle ebenfalls verbunden ist. Durch den Transistor 44 wird die Kollektor- Basisspannung des Transistors 43 auf demselben Wert wie die des Transistors 40 gesetzt, so daß durch den "Early-Effekt" induzierte Fehler minimiert werden.

Der JFET 64, der JFET 69, die Transistoren 72, 73 und 74 sowie der Widerstand 68 bilden eine spannungsgesteuerte Stromquelle. Der Sourceanschluß vom JFET 69 ist mit einem Ende des Widerstands 68 verbunden, dessen anderes Ende mit dem Gateanschluß des JFETs 69 verbunden ist, um eine selbst vorgespannte Stromquelle mit mittlerem Wert zu bilden. Sie dient zur Lieferung eines Vorspannungsstroms für den JFET 64 und eines Basisstroms für den Transistor 72. Der JFET 64 dient als Stromfolger zum Treiben der Basis des Transistors 72. Steigt die Gatespannung vom JFET 64 an, so wird dadurch der Transistor 72 gezwungen, mehr Strom hindurchzulassen. Die Transistoren 73 und 74 dienen als Pegelverschiebeein­ richtungen, um die Gatespannung vom JFET 64 hoch genug zu halten, so daß eine Sättigung des Transistors 45 verhindert wird.

Der Strom von der spannungsgesteuerten Stromquelle (JFET 64, JFET 69, Transistoren 72, 73 und 74 sowie Widerstand 68) fließt in die Stromspiegel 67 und 70 mit Widerständen 94 und 95 an der positiven Versorgungsschiene und in die Transistoren 75 und 76 mit Widerständen 96 und 97 an der negativen Versorgungsschiene. Diese Stromspiegel speisen in den Breitbandverstärker 21 ein. Obwohl im vorliegenden Fall nicht vorgesehen, können die Spiegel ebenfalls skaliert bzw. im Maßstab verändert sein. Beispielsweise könnte ge­ wünscht werden, den Strom zu reduzieren, der durch die spannungsgesteuerte Stromquelle gezogen wird.

Im nachfolgenden wird der Betrieb der Vorspannungs-Rück­ kopplungsschaltung näher beschrieben. Der Emitterstrom des Verstärkungstransistors 1 fließt durch den Transistor 32 und wird durch den Transistor 33 gespiegelt, um einen ge­ spiegelten Strom im Leiter 34 zu erzeugen, der gegenüber dem Emitterstrom des Transistors 1 um einen Faktor 20 ver­ kleinert ist. Dieser maßstabsverkleinerte Strom fließt durch den Transistor 35 und den Leiter 36 in den NPN-Strom­ spiegeltransistor 37. Dabei wird der maßstabsverkleinerte Strom mit dem Faktor 1 gespiegelt, um einen Strom mit der­ selben Größe zu erzeugen, der durch den Kollektor und den Emitter des Transistors 38 nach -V _S abfließt. Es wird also im Grunde genommen die "Richtung" des Stromflusses im Kol­ lektor des Transistors 33 "umgekehrt", so daß er nun in der Senke -V _S versinkt und nicht mehr aus der Quelle +V _S her­ austritt. Der Strom wird dann am Leiter 39 dem maßstabsver­ kleinerten, gespiegelten Strom hinzugefügt, der durch den Kollektor des Stromspiegeltransistors 42 sowie durch den Leiter 39 fließt, und der ebenfalls in die Senke -V _S strömt. Der Kollektorstrom des Transistors 42 wird vom Emitterstrom des Transistors 2 in ähnlicher Weise erhalten.

Die Summe der beiden maßstabsverkleinerten, gespiegelten Ströme der Transistoren 1 und 2 ist daher so aufgeteilt, daß 19/20 davon durch den Transistor 43 hindurchfließen, während 1/20 davon durch den Transistor 40 hindurchfließt. Daher fließen 1/400 der Summe der Ströme, die durch die Emitter der Transistoren 1 und 2 hindurchfließen, durch den Transistor 45 hindurch. (Das Verhältnis 1/400 ist nicht kritisch, solange die Impedanz am Leiter 45 sehr hoch ist für den Drainanschluß des JFETs 47 und den Kollektor des Transistors 45.) Aufgrund dieses sehr kleinen Stroms, der durch den Kollektor des Transistors 45 hindurchfließt, weist dieser eine sehr hohe Kollektorimpedanz auf.

Im Betrieb detektiert der Stromspiegel mit den Transistoren 32 und 33 jeden Anstieg des Stroms durch den Transistor 1 infolge einer lokalen Temperaturerhöhung sowie die resul­ tierende Verminderung der V _BE-Schwelle und verkleinert den Stromanstieg mit Hilfe eines Faktors 20 auf 1/20. In ähnli­ cher Weise detektiert der Stromspiegel mit den Transistoren 41 und 42 jeglichen Stromanstieg im Transistor 2 und ver­ kleinert auch diesen mit Hilfe des Faktors 20 auf 1/20. Der gesamte Stromanstieg durch die Transistoren 1 und 2 hin­ durch, der bereits durch den Faktor 20 maßstäblich verklei­ nert worden ist, wird nochmals durch 20 dividiert, da nur 1/20 davon durch die Transistoren 40 und 45 hindurchfließt. Der Strom durch den Kollektor des Transistors 45 wird dann mit einem Referenzstrom verglichen, der durch die Bandlük­ ken-Referenzstromquelle erzeugt wird, wobei eine entspre­ chende Einstellung der Vorspannung zwischen den Basisan­ schlüssen der Transistoren 3 und 4 erfolgt, um zu errei­ chen, daß der durch den Kollektor des Transistors 45 hin­ durchfließende Strom mit der Referenzgröße über den JFET 47 übereinstimmt.

Wie bereits früher erwähnt, sind die Ausgangsimpedanzen des Kollektors des Transistors 45 und des Drainanschlusses des JFETs 47 sehr hoch. Die Impedanz in Richtung in den Gatean­ schluß vom JFET 64 hinein ist ebenfalls sehr hoch. Da alle drei Elemente mit dem Knotenpunkt 46 verbunden sind, ist auch die Impedanz an diesem Knotenpunkt sehr hoch. Dies wä­ re dann der ideale Punkt, mit dem ein Kondensator zu ver­ binden ist, um das Frequenzverhalten der Rückkopplungs­ schaltung zu dämpfen (to roll off). Der 350 Picofarad-Kon­ densator Cc (Kondensator 65) liegt zwischen diesem Knoten­ punkt und der negativen Versorgungsspannung -V _S . Diese Ver­ bindung zusätzlich mit der Dämpfung des Schaltungsansprech­ verhaltens auf etwa 9,7 Hz erlaubt eine vergrößerte Strom­ versorgungssperrung, da jegliche Fluktuation bei der nega­ tiven Versorgung über den Knotenpunkt 46 geleitet wird. Diese Kapazität (Kondensator 65) kann ohne weiteres in in­ tegrierter Weise auf demselben integrierten Schaltungschip wie der Rest des Breitbandverstärkers untergebracht werden.

Konsequenterweise wird der sehr kleine Frequenzpol von etwa 10 Hz für die Rückkopplungsschaltung erhalten, so daß beim Betrieb der Vorspannungs-Rückkopplungsschaltung keine si­ gnifikanten Interferenzen mit dem Hochfrequenzverhalten des Breitband-Verstärkerabschnitts 21 auftreten.

Die rückkopplungsgesteuerte Einstellung der Vorspannung zwischen den Basisanschlüssen der Transistoren 3 und 4 läßt sich am besten verstehen, wenn angenommen wird, daß der Strom durch den JFET 47 größer ist als der durch den Tran­ sistor 45. Der in den Leiter 46 fließende Überschußstrom hebt dann die Spannung am Leiter 46 an. Daraufhin hebt der Sourcefolger JFET 64 die Spannung an der Basis des Transi­ stors 72 an, was zu einem vergrößerten Strom durch den Transistor 72 führt und demzufolge auch zu einem vergrößer­ ten Strom durch die Transistoren 70 und 76. Dies vergrößert die Vorspannung zwischen den Basiselektroden der Transisto­ ren 3 und 4, so daß größere Ströme durch die Transistoren 1 und 2 fließen. Die vergrößerten Ströme durch die Transisto­ ren 1 und 2 werden zurückgespiegelt über die Leiter 34 und 39 und summiert, wie zuvor erläutert. Das hat zur Folge, daß der Strom durch den Kollektor des Transistors 45 an­ steigt, bis er mit dem Drainstrom des JFETs 47 überein­ stimmt. Es sei darauf hingewiesen, daß auch andere als die gezeigte Vorspannungsschaltung zum Einsatz kommen können. Dies kann z. B. eine solche sein, die eine Null-Eingangs­ Offsetspannung aufweist.

Bei der Ausführung der Schaltung nach Fig. 2 als monolithi­ sche, integrierte Schaltung benötigt der 350 Picofarad-Kon­ densator Cc einen Bereich von etwa 28,5 mils×28,5 mils. Im Gegensatz dazu würde ein 0,01 µF-Kondensator gemäß dem Stand der Technik einen Bereich von 152,5 mil×152,5 mil benötigen, sollte er auf demselben Festkörperchip unterge­ bracht werden.

Die obige Erfindung stellt eine relativ einfache Vorspan­ nungs-Rückkopplungssteuerschaltung für einen Breitbandver­ stärker zur Verfügung, ohne daß ein externer Kompensations­ kondensator erforderlich ist. Der Betrieb der Vorspannungs- Rückkopplungsschaltung wirkt sich dabei nicht negativ auf die Eigenschaften des Breitbandverstärkers aus.

Der zuvor verwendete Begriff "Ausgangsstufe" umfaßt sowohl die Verstärkungsschaltung (die auch die Transistoren 1 und 2 einschließt) als auch/oder die Ausgangspufferschaltung (die die Transistoren 28 und 29 enthält), so daß die Aus­ gangsstufe zwischen den Ausgängen der herkömmlichen Schal­ tungsstufe (die die Transistoren 3 und 4 enthält) und dem Ausgangsanschluß 99 liegt, an dem die Spannung V _AUS er­ scheint.

Claims (10)

1. Verfahren zur Steuerung von Korrekturen für eine Eingangsstufe eines Breitbandverstärkers mit Hilfe einer Vorspannungsschaltung, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

• (a) Sensieren eines Emitterstroms eines ersten Transistors (1) in einer Ausgangsstufe des Breitbandverstärkers und Bilden eines ersten Stroms, der um einen ersten Faktor kleiner ist als der Emitterstrom,
• (b) Aufspalten des ersten Stroms in einen zweiten Strom und in einen dritten Strom, der um einen zweiten Faktor kleiner ist als der erste Strom, sowie Weiterleiten des dritten Stroms aus einem zweiten Transistor (45) her­ aus, dessen Kollektor über einen ersten Leiter (46) mit einer Gateelektrode eines ersten Feldeffekt-Transistors (64) verbunden ist, der ein Steuertransistor der Vor­ spannungsschaltung ist, und
• (c) Lieferung eines vierten Stroms zum ersten Leiter (46) mittels einer Konstantstromquellenschaltung, wobei die Vorspannungsschaltung eine Spannung an der Basis des ersten Transistors (1) einstellt, um den dritten Strom an den vierten Strom anzugleichen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (a) das Sensieren des Emitterstroms und das Erzeugen des ersten Stroms mit Hilfe einer ersten Strom­ spiegelschaltung (32, 33) umfaßt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Antwortverhalten der Vorspannungsschaltung auf den dritten Strom dadurch kompensiert wird, daß ein Kondensator (65) mit dem ersten Leiter (46) verbunden wird, wobei der Breitbandverstärker, die Vorspannungsschaltung, der erste Feldeffekt-Transistor, die erste Stromspiegelschaltung und der Kondensator alle in einem monolithischen, integrierten Schaltungschip enthalten sind.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt (a) ein Emitterstrom eines dritten Transi­ stors (2) in der Ausgangsstufe sensiert und ein fünfter Strom erzeugt wird, der um den ersten Faktor kleiner ist als der Emitterstrom des dritten Transistors (2), daß der fünfte Strom mit einem Strom summiert wird, der die Ampli­ tude des ersten Stroms aufweist, um einen sechsten Strom zu erzeugen, und daß der Schritt (b) das Aufspalten des sech­ sten Stroms zur Erzeugung des dritten Stroms enthält.

5. Breitbandverstärker mit einer Eingangsstufe, einer Ausgangsstufe und einer Vorspannungsschaltung, gekennzeich­ net durch

• (a) eine Einrichtung zum Sensieren eines Emitterstroms ei­ nes ersten Transistors der Ausgangsstufe sowie zum Er­ zeugen eines ersten Stroms in Antwort darauf, der um einen ersten Faktor kleiner ist als der Emitterstrom des ersten Transistors,
• (b) eine Einrichtung zum Aufspalten eines Stroms mit einer Größe des ersten Stroms in einen zweiten Strom und in einen dritten Strom, der um einen zweiten Faktor klei­ ner ist als der erste Strom,
• (c) eine Einrichtung zum Weiterleiten des dritten Stroms aus einem zweiten Transistor heraus, dessen Kollektor über einen ersten Leiter mit einer Gateelektrode eines ersten Feldeffekt-Transistors verbunden ist, wobei der erste Feldeffekt-Transistor ein Steuertransistor der Vorspannungsschaltung ist, und
• (d) eine Einrichtung zur Lieferung eines vierten Stroms zum ersten Leiter mit Hilfe einer Konstantstromquellen­ schaltung, wobei die Vorspannungsschaltung eine Span­ nung an der Basiselektrode des ersten Transistors ein­ stellt, um den dritten Strom an den vierten Strom anzu­ gleichen.

6. Breitbandverstärker nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einrichtung zum Sensieren und Erzeugen des ersten Stroms eine erste Stromspiegelschaltung auf­ weist, die in Serie mit dem Emitter des ersten Transistors liegt und den ersten Strom erzeugt.

7. Breitbandverstärker nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß er einen Kompensationskondensator aufweist, der mit dem ersten Leiter gekoppelt ist.

8. Breitbandverstärker nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Sensieren eines Emitterstroms eines dritten Transistors der Ausgangsstufe sowie zum Er­ zeugen eines fünften Stroms, der um den ersten Faktor klei­ ner ist als der Emitterstrom des dritten Transistors, und durch eine Einrichtung zum Summieren des fünften Stroms und eines Stroms mit derselben Amplitude wie der erste Strom mit dem fünften Strom zur Erzeugung eines sechsten Stroms, wobei die erste Stromaufspalteinrichtung den sechsten Strom aufspaltet, um den dritten Strom zu erzeugen.

9. Verfahren zur Steuerung eines DC-Vorspannungsstroms in einer Ausgangsstufe eines Verstärkers durch Rückkopplung von der Ausgangsstufe zu einer Eingangsstufe, gekennzeich­ net durch folgende Schritte:

• (a) Sensieren eines Emitterstroms eines ersten Transistors in der Ausgangsstufe mit Hilfe eines ersten Stromspie­ gels zur Erzeugung eines ersten gespiegelten Stroms,
• (b) Weiterleitung eines Rückkopplungsstroms, der einen be­ stimmten Prozentsatz des ersten gespiegelten Stroms ausmacht, durch einen zweiten Transistor,
• (c) Vergleichen des ersten Rückkopplungsstroms mit einem Referenzstrom zur Erzeugung eines Fehlersignals, und
• (d) Einstellen der DC-Vorspannung der Ausgangsstufe in Ant­ wort auf das Fehlersignal, um den ersten Rückkopplungs­ strom an den Referenzstrom anzugleichen.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Fehlersignal durch einen Kompensationskondensator kompensiert wird, und daß der Verstärker und der Kompensa­ tionskondensator auf einem einzelnen, integrierten Schal­ tungschip angeordnet sind.