DE4340721C2 - Verstärkerschaltung - Google Patents
VerstärkerschaltungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Verstärkerschaltung,
zu deren Spannungsversorgung ein Spannungsregler verwendet
wird, mit einem Operationsverstärker.
Eine derartige Verstärkerschaltung wird z. B. in Verbindung mit
einem in ein Kraftfahrzeug eingebauten Sensor oder ähnlichem
verwendet. Fig. 6 zeigt eine Blockschaltung eines Teils einer
elektronischen Regeleinrichtung eines Kraftfahrzeugs. Eine
Sensoreinheit 110 zur Erfassung von Druck, Temperatur und
anderen Größen ist mit einer Steuereinheit 100 (Systemseite),
die einen Mikroprozessor (MPU) 101 sowie andere Komponenten
enthält, über eine Spannungsversorgungsleitung Vcc, eine
Masseleitung GND und eine Signalleitung S verbunden. Ein das
Erfassungsergebnis darstellendes Signal der Sensoreinheit 110
wird mittels einer Verstärkerschaltung 5 verstärkt, bevor es
der Steuereinheit 100 zugeführt wird. Erfindungsgemäße
Verstärkerschaltungen werden z. B. in gleicher Weise wie diese
Verstärkerschaltung 5 verwendet. Im einzelnen wird eine
Spannung von beispielsweise 5V der Sensoreinheit 110 und der
MPU 101 aus einem Spannungsregler 3 der Steuereinheit 100 über
eine Spannungsversorgungsleitung Vcc zugeführt. Das Erfas
sungssignal der Sensoreinheit 110 wird der MPU 101 der
Steuereinheit 100 über die Signalleitung S von dem Ausgangs
anschluß 7 der Verstärkungsschaltung 5 zugeführt. Bei einer
derartigen Einheit kann der Fall eintreten, daß die
Signalleitung S mit der Spannungsversorgungsleitung Vcc oder
der Masseleitung GND aufgrund einer Verbindung im Anschlußteil
111 der Sensoreinheit 110 kurzgeschlossen wird, wie in Fig. 6
mit einem "x" gekennzeichnet ist.
Die MPU 101 erkennt eine Fehlfunktion in der Sensoreinheit
110, wenn das Ausgangssignal der Sensoreinheit 110 kleiner als
0,5 V oder größer als 4,5 V ist (in einem Fehlerbereich). Es
kann jedoch vorkommen, daß sich das Ausgangssignal der
Sensoreinheit 110 außerhalb des Fehlerbereichs befindet,
obwohl ein wie oben beschriebener Kurzschluß im Anschlußteil
111 vorhanden ist. In einer derartigen Situation kann der
Kurzschluß steuereinheitsseitig nicht erkannt werden. Ein in
der Steuereinheit 100 befindlicher Widerstand 8 stellt eine
Last dar.
Fig. 7 zeigt eine schematische Blockschaltung eines
Schaltungssystems mit einer solchen Verstärkerschaltung. Ein
negativer Anschluß einer Spannungsquelle 1 wird mit Masse 2
verbunden und ein Spannungsregler 3 mit dem positiven Anschluß
der Spannungsquelle 1. Der Spannungsregler 3 weist eine
Leitung 4 (Vcc) für eine geregelte Spannungsversorgung auf,
die mit einer Halbleiterverstärkerschaltung 5 verbunden ist.
Ein Eingangssignalgenerator 6 erzeugt ein Eingangssignal für
die Verstärkerschaltung 5. Eine Last 8 ist zwischen einen
Ausgangsanschluß 7 der Verstärkerschaltung 5 und Vcc 4
geschaltet. Die Verstärkerschaltung 5 ist mit einem
Operationsverstärker 9 aufgebaut. Ein Eingangswiderstand 10
ist zwischen einen invertierenden Eingangsanschluß des
Operationsverstärkers 9 und den Eingangssignalgenerator 6
geschaltet. Ein Rückkopplungswiderstand 11 ist zwischen den
invertierenden Eingangsanschluß und einem Ausgangsanschluß des
Operationsverstärkers 9 geschaltet. Eine Referenzspannungs
quelle 12 ist an den nichtinvertierenden Eingangsanschluß des
Operationsverstärkers 9 angeschlossen.
Fig. 8 zeigt einen dem Operationsverstärker 9 der bekannten
Verstärkerschaltung entsprechenden Schaltplan. Der Basis
anschluß eines PNP-Transistors 13 entspricht dem inver
tierenden Eingang des Operationsverstärkers 9 und der
Basisanschluß eines PNP-Transistors 14 entspricht dem nicht in
vertierenden Eingang des Operationsverstärkers 9. Die
Emitteranschlüsse der PNP-Transistoren 13 und 14 sind
miteinander verbundene um dadurch ein Differenzeingangspaar zu
bilden. Eine Stromquelle 15 ist zwischen die Emitteranschlüsse
der PNP-Transistoren 13 und 14 geschaltet. Der Kollektor- und
der Basisanschluß eines NPN-Transistors 16 sind mit dem
Kollektoranschluß des PNP-Transistors 13 verbunden und der
Kollektoranschluß eines NPN-Transistors 17 ist mit dem
Kollektoranschluß des PNP-Transistors 14 verbunden. Die
Basisanschlüsse der NPN-Transistoren 16 und 17 sind
miteinander verbunden und deren Emitter sind gemeinsam mit
Masse 2 verbunden, wodurch eine Stromspiegelschaltung gebildet
wird.
Der Basisanschluß eines NPN-Transistors 18 ist mit dem
Verbindungspunkt des PNP-Transistors 14 und des NPN-
Transistors 17 verbunden und der Kollektoranschluß des NPN-
Transistors 18 ist an Vcc 4 angeschlossen, um dadurch eine
Emitterfolgerfunktion zu erreichen. Der Basisanschluß eines
NPN-Transistors 19 ist mit dem Emitteranschluß des NPN-
Transistors 18 verbunden, wobei der Emitteranschluß des NPN-
Transistors 19 mit Masse 2 verbunden ist, wodurch eine
Emittergrundschaltung gebildet wird. Eine Konstantstromquelle
20 ist zwischen den Kollektoranschluß des NPN-Transistors 19
und Vcc 4 geschaltet. Ein Widerstand 21 ist zwischen den
Kollektoranschluß des NPN-Transistors 19 und den
Ausgangsanschluß 7 geschaltet. Ein Kondensator 22 ist zwischen
den Basisanschluß des NPN-Transistors 18 und den
Kollektoranschluß des NPN-Transistors 19 geschaltet.
Nachfolgend wird die Funktionsweise des Systems beschrieben.
Bezeichnet man die Spannung des von dem Eingangssignal
generator 6 erzeugten Eingangssignals mit VI, den Wider
standswert des Eingangswiderstands 10 mit R₁, den Widerstands
wert des Rückkopplungswiderstands 11 mit RF, so läßt sich die
Ausgangsspannung Vo des Operationsverstärkers 9 mit folgender
Gleichung ausdrücken:
Da der Ausgangsanschluß der Verstärkerschaltung 5 mit dem
Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 9 verbunden ist,
entspricht das Ausgangssignal der Verstärkungsschaltung 5 der
durch Gleichung (1) dargestellten Spannung Vo.
Wird die Impedanz der Last 8 mit ZL bezeichnet, so ergibt sich
ein durch den Ausgangsanschluß 7 in den Operationsverstärker 9
fließender Strom Io von
und, wenn der Strom der Konstantstromquelle 20 mit IR
bezeichnet wird, so ergibt sich ein Kollektorstrom IC19 des
NPN-Transistors 19 von
IC19 = Io + IR (3)
Bezeichnet man den Widerstandswert des Widerstands 21 mit Ro
und die Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung des NPN-
Transistors 19 mit VS, so ergibt sich ein Minimalwert VoL der
Ausgangsspannung von
VoL = IoRo + VS (4)
Im Falle des durch die Gleichung (4) dargestellten
Minimalwerts VoL ist der durch den Ausgangsanschluß 7
fließende Strom maximal. Der Maximalwert Io(max) des Stroms I
wird durch folgende Gleichung ausgedrückt, die sich durch
Einsetzen der Gleichung (4) in die Gleichung (2) ergibt:
Wie aus Gleichung (5) hervorgeht, ist es wünschenswert, den
Widerstand Ro zu verringern, wenn ein großer Wert für Io(max)
gefordert ist. Ebenso kann der Gleichung (4) entnommen werden,
daß VoL kleiner wird und dadurch der Ausgangsbereich
(dynamischer Bereich) des Operationsverstärkers 9 vergrößert
wird, wenn Ro verringert wird.
Sind beispielsweise Vcc = 5 V, VS = 0,3 V und Io(max) = 2 mA
vorgegeben, so ergibt sich Ro = 100 Ω und ZL = 2,25 Ω, wenn
VoL = 0,5 V.
Wird in der oben beschriebenen Schaltung ein Teil des
Ausgangsanschlusses 7 aufgrund beispielsweise eines Anschluß
fehlers, wie er durch eine gestrichelte Linie a in Fig. 7
dargestellt ist, mit Masse 2 kurzgeschlossen, so ergibt sich
ein durch den Kurzschluß nach Masse 2 abfließender Strom ISG
gemäß folgender Gleichung:
Dementsprechend ergibt sich bei einem Strom IR = 0,5 mA ein
Strom ISG = 2,7 mA. In diesem Fall kann es nicht vorkommen,
daß ein bestimmter Schaltungsfehler, wie z. B. eine Störung in
dem Spannungsregler 3 oder der Verstärkerschaltung 5,
auftritt.
Wird ein Teil des Ausgangsanschlusses 7 mit Vcc 4 in der durch
die gestrichelte Linie b in Fig. 7 gezeigten Weise
kurzgeschlossen, so ergibt sich ein durch den Kurzschluß
verursachter Strom ISV, der dem kleineren der sich aus den
beiden folgenden Gleichungen ergebenden Werte entspricht.
oder
ISV = I₁₅ × β₁ × β₂ (8)
wobei durch I₁₅ der Strom der Konstantstromquelle 15
gekennzeichnet wird, durch β₁ der Gleichstromverstär
kungsfaktor des NPN-Transistors 13 und durch β₂ der Gleich
stromverstärkungsfaktor des NPN-Transistors 19.
Wird Vcc = 5 V, Ro = 100 Ω, I₁₅ = 5 µA und β₁ = β₂ = 100
angenommen, so ergibt sich gemäß Gleichung (7) ISV = 50 mA und
gemäß Gleichung (8) ISV = 50 mA. Folglich ist ISV = 50 mA (da im
vorliegenden Fall die Werte der Gleichungen (7) und (8) gleich
sind).
Demnach ist es möglich, daß ein Kurzschluß zwischen dem
Ausgangsanschluß 7 und der Versorgungsspannungsleitung (Vcc
4), wie er z. B. durch die Linie b in Fig. 7 dargestellt ist,
einen Strom verursacht, der das Zehn oder Mehrfache eines
durch einen mit a bezeichneten Kurzschluß nach Masse 2
verursachten Stromes ist, und der eine Störung in der
Verstärkerschaltung 5 verursachen kann.
Üblicherweise ist eine Ausgangsstrombegrenzungsschaltung in
dem Spannungsregler 3 zu dessen Schutz enthalten. Dabei wird
der Wert des Ausgangsbegrenzungsstroms entsprechend der Größe
der mit dem Spannungsregler 3 verbundenen Schaltung verändert.
Beispielsweise ist im Falle eines, wie durch Linie b in Fig. 7
gezeigten, Kurzschlusses die Spannung Vcc = 3 V, wenn der Strom
ISV, der durch den kleineren der sich aus den Gleichungen (7)
und (8) ergebenden Werte, d. h. in diesem Falle der Wert der
Gleichung (7), bestimmt wird, auf einen Wert ISV = Vcc/Ro =
30 mA begrenzt wird. D.h. im Falle des durch die Linie b in
Fig. 7 dargestellten Kurzschlusses wird die Spannung Vcc von
5 V auf 3 V verringert. In diesem Fall ist die Ausgangsspannung
der Verstärkerschaltung 5 gleich der Spannung Vcc, nämlich 3 V.
Die Spannung 3 V liegt auch dann am Ausgang an, wenn die
Verstärkerschaltung normal arbeitet. Aufgrund dieser
Ausgangsspannung wird angenommen, daß der Ausgang der
Verstärkerschaltung 5 normal arbeitet, obwohl ein anormaler
Zustand vorliegt, nämlich ein Kurzschluß zwischen Vcc 4 und
dem Ausgangsanschluß 7 der Verstärkerschaltung 5. In einer
solchen Situation können schwerwiegende Fehler in einem (nicht
gezeigten) System auftreten, das auf den Ausgangsanschluß 7
zugreift (unter Verwendung einer bestimmten Rückkopplungsart
können Streuwerte auftreten). Üblicherweise wird bei
Verwendung einer Mikrocomputersteuerung oder ähnlichem die am
Ausgangsanschluß der Verstärkerschaltung 5 liegende Spannung
nicht auf das Spannungsniveau von Vcc 4 erhöht. Daher kann
eine Spannung am Ausgangsanschluß 7 der Verstärkerschaltung
als nicht zu berücksichtigende Fehlerspannung betrachtet
werden, wenn sie beispielsweise größer als 4,5 V ist. In der
oben beschriebenen Situation beträgt die Ausgangsspannung am
Ausgangsanschluß 7 jedoch 3 V, weshalb die Erkennung eines
derartigen Fehlers nicht erwartet werden kann.
Entsprechend den vorangegangenen Ausführungen tritt bei einem
Kurzschluß zwischen dem Ausgang der üblichen
Verstärkerschaltung und einer Versorgungsspannung Vcc eines
Spannungsreglers ein übermäßig großer Stromfluß auf, der zur
Beschädigung der Verstärkerschaltung führt, oder die
Ausgangsspannung Vcc des Spannungsreglers verringert sich,
wodurch schwerwiegende Fehler in einem System auftreten, das
mit dem Ausgangsanschluß der zu steuernden Verstärkerschaltung
verbunden ist. Aus diesem Grunde ist die Zuverlässigkeit der
üblichen Verstärker nicht zufriedenstellend.
In dem Artikel "Kurzschlußsicherung eisenloser Hi-Fi-Nf-Ver
stärker" von A. Hauenstein, der in der Fachzeitschrift FUNK-
SCHAU 1971, Nr. 1, S. 13-16 veröffentlicht wurde, ist eine
Verstärkerschaltung offenbart, bestehend aus einer Ausgangs
stufe mit einem Transistor in Emittergrundschaltung und einem
Ausgangsanschluß, der mit dem Kollektoranschluß des Transis
tors verbunden ist und an dem ein Ausgangssignal der Verstär
kerschaltung abgreifbar ist, einer Ausgangstreiberstufe zur
Ansteuerung des Transistors in Emittergrundschaltung der Aus
gangsstufe, einer Strombegrenzungsstufe, die mit der Aus
gangsstuf e verbunden ist und eine Strombegrenzung derart
durchführt, daß ein Kollektorstrom des in Emittergrundschal
tung betriebenen Transistors der Ausgangsstufe eine vorbe
stimmte Stromhöhe nicht überschreitet, und mit einer Ein
gangsstufe, deren Ausgang mit der Ausgangstreiberstufe ver
bunden ist.
Somit wird der in Emittergrundschaltung betriebene Transistor
bei einem Kurzschluß des Ausgangsanschlusses der Verstärker
schaltung mit einer Spannungsversorgungsleitung vor einem zu
hohen Kollektorstrom geschützt.
Die Druckschrift DE 32 33 880 Al zeigt eine Verstärkerschal
tung, deren Ausgangsstufe ebenfalls einen Transistor in Emit
tergrundschaltung aufweist. Eine Strombegrenzungstufe umfaßt
einen zweiten Transistor mit gleicher Polarität, dessen Kol
lektor- und Basisanschluß miteinander verbunden sind und des
sen Emitter mit dem Emitter des Transistors der Ausgangsstufe
verbunden ist. Zur Festlegung des Begrenzungsstromes ist das
Emittergebiet des zur Strombegrenzungsstufe gehörenden zwei
ten Transistors auf das 1/n-fache des Emittergebiets des Aus
gangsstufentransistors festgesetzt.
Aus der Druckschrift JP 60-62709 A ist eine Strombegrenzer
stufe bekannt, mit einer Referenzspannungsquelle, einem zwi
schen den Emitteranschluß eines Transistors und Masse ge
schalteten Widerstand und einem Differenzverstärker, wobei
der Verbindungspunkt zwischen dem Emitteranschluß des Transi
stors und dem Widerstand mit einem der beiden Eingangsan
schlüsse des Differenzverstärkers und die Referenzspannungs
quelle mit dem anderen Eingangsanschluß des Differenzverstär
kers verbunden ist.
Ferner zeigen sowohl die Druckschrift DE-AS 18 11 765 als
auch der Artikel "Schaltung mit Pfiff" in der Fachzeitschrift
RADIO MENTOR ELEKTRONIK 1970, Nr. 5, S. 294 Ausgangseinrich
tungen mit einer Gegentaktverstärkerstufe und einer Strombe
grenzungsstufe zur Begrenzung des durch die Gegentaktverstär
kerstufe fließenden Stroms, wobei ein Ausgangsanschluß durch
die Gegentaktverstärkerstufe und die Strombegrenzungsstufe
gesteuert wird.
Die vorstehend beschriebenen Strombegrenzungseinrichtungen
gemäß dem Stand der Technik dienen allerdings ausschließlich
dem Überlastungsschutz der Ausgangstransistoren.
Bei Meßsystemen mit Spannungsreglern ist der bereits im Span
nungsregler-IC vorhandene Überlastungsschutz meist ausrei
chend.
Wird dabei ein Operationsverstärker in Verbindung mit einem
Spannungsregler in einer Verstärkerschaltung eingesetzt, so
führt ein Kurzschluß des Ausgangsanschlusses des Operations
verstärkers mit einer Spannungsversorgungsleitung des Span
nungsreglers in vorstehend erwähnter Weise zu einer verrin
gerten Ausgangsspannung des Spannungsreglers.
Insbesondere bei analogen Meßsystemen kann eine derartige
Veränderung der Versorgungs- oder Ausgangsspannung zu Meßfeh
lern und damit zu Fehlfunktionen des Gesamtsystems führen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ver
stärkerschaltung, zu deren Spannungsversorgung ein Spannungs
regler verwendet wird mit einem Operationsverstärker bereit
zustellen, durch die eine Fehlfunktion des gesteuerten Sy
stems aufgrund eines Kurzschlusses des Verstärkerausgangs mit
einer Spannungsversorgungsleitung des Spannungsreglers ver
mieden wird.
Durch die in dem Operationsverstärker integrierte Strombe
grenzungsstufe wird erreicht, daß der Ausgangsstrom des Ope
rationsverstärkers nur bis zu einem gewissen durch die Strom
begrenzungsstufe vorgegebenen maximalen Wert ansteigen kann.
Dieser Wert wird derart festgelegt, daß die Ausgangsspannung
des Spannungsreglers stabil beibehalten wird.
Somit wird eine Spännungsveränderung bei einem ausgangsseiti
gen Kurschluß mit einer Versorgungsleitung wirkungsvoll ver
mieden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungs
beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher
beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 einen Schaltplan eines in einer Verstärkerschaltung
verwendeten Operationsverstärkers entsprechend einem ersten
erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel,
Fig. 2 einen Schaltplan eines in einer Verstärkerschaltung
verwendeten Operationsverstärkers entsprechend einem zweiten
erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel,
Fig. 3 einen Schaltplan eines in einer Verstärkerschaltung
verwendeten Operationsverstärkers entsprechend einem
vierten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel,
Fig. 4 einen Schaltplan eines in einer Verstärkerschaltung
verwendeten Operationsverstärkers entsprechend einem
vierten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel,
Fig. 5 einen Schaltplan eines in einer Verstärkerschaltung
verwendeten Operationsverstärkers entsprechend einem fünften
erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel,
Fig. 6 eine Blockschaltung eines beispielhaften Systems, das
eine derartige Verstärkerschaltung umfaßt,
Fig. 7 eine schematische Blockschaltung des Aufbaus eines
Schaltungssystems, welches eine derartige Verstärkerschaltung
umfaßt, und
Fig. 8 einen Schaltplan eines in einer bekannten
Verstärkerschaltung verwendeten Operationsverstärkers.
Nachfolgend wird ein erstes erfindungsgemäßes Ausführungs
beispiel unter Bezugnahme auf
Fig. 1 beschrieben. Der Aufbau des gesamten die
Verstärkerschaltung dieses Ausführungsbeispiels umfassenden
Schaltungssystems ist der gleiche wie in Fig. 7 gezeigte. Fig.
1 zeigt einen Schaltplan eines Operationsverstärkers 90 dieses
Ausführungsbeispiels, der dem in Fig. 7 gezeigten Operations
verstärker entspricht. Die Bauteile, die denen der bekannten
Anordnung entsprechen oder gleichen, werden durch dieselben
Bezugszeichen gekennzeichnet, wobei ihre Beschreibung nicht
wiederholt wird. Der Basis- und Kollektoranschluß eines NPN-
Transistors 23 ist mit dem Emitteranschluß eines NPN-
Transistors 18 und der Emitteranschluß des NPN-Transistors 23
ist mit Masse 2 verbunden. Der Kollektoranschluß eines PNP-
Transistors 24 ist mit dem Kollektoranschluß des NPN-
Transistors 18 und der Emitteranschluß des PNP-Transistors 24
ist mit Vcc 4 verbunden. Der Basisanschluß und der
Kollektoranschluß eines PNP-Transistors 25 ist mit dem
Basisanschluß des PNP-Transistors 24 und der Emitteranschluß
des PNP-Transistors 25 ist mit Vcc 4 verbunden. Zwischen den
Basisanschluß und den Kollektoranschluß des Transistors 25 und
Masse 2 ist eine Konstantstromquelle 26 geschaltet.
Ein NPN-Transistor 19 und eine Konstantstromquelle 20 bilden
eine Ausgangsstufe. Der NPN-Transistor 18 bildet eine
Ausgangstreiberstufe. Der NPN-Transistor 23, die PNP-
Transistoren 24 und 25 und die Konstantstromquelle 26 bilden
eine Strombegrenzungsstufe. PNP-Transistoren 13 und 14, eine
Konstantstromquelle 15 und NPN-Transistoren 16 und 17 bilden
eine Eingangsstufe, d. h. in dieser Schaltung eine Differenz
verstärkerstufe.
Nachfolgend wird die Funktionsweise dieses Ausführungs
beispiels unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben. Unter
normalen Betriebsbedingungen ergibt sich der Kollektorstrom
IC19 des NPN-Transistors 19 aus der folgenden von den
Gleichungen (2) und (3) abgeleiteten Gleichung:
Weisen die NPN-Transistoren 19 und 23, wie dargestellt,
gleiche Emittergebiete auf (1 : 1) so ist der Emitterstrom IE19
des NPN-Transistors 19 identisch mit dem Emitterstrom IE23 des
NPN-Transistors 23.
Dementsprechend sind der Kollektorstrom IC19 des NPN-
Transistors 19 und der Kollektorstrom IC23 des NPN-Transistors
23 bei ausreichend großen Gleichstromverstärkungsfaktoren der
NPN-Transistoren 19 und 23 ebenfalls gleich groß. Ebenso ist
der Kollektorstrom IC23 des NPN-Transistors 23 gleich dem
Kollektorstrom IC18 des NPN-Transistors 18.
Der Kollektorstrom IC24 des PNP-Transistors 24 ist gleich dem
Kollektorstrom IC18 des NPN-Transistors 18. Der oben
beschriebene Zusammenhang wird durch die folgende Gleichung
ausgedrückt:
Da die Basis-Emitterspannung des NPN-Transistors 24 gleich der Basis-Emitterspannung des PNP-Transistors 25 ist, müssen der
Kollektorstrom IC24 des PNP-Transistors 24 und der
Kollektorstrom IC25 des PNP-Transistors 25 gleich sein,
vorausgesetzt, der PNP-Transistor 24 befindet sich im
wesentlichen im Arbeitsbereich. Wird jedoch der Strom IR1 der
Konstantstromquelle 26 gegenüber dem üblicherweise benötigten
Kollektorstrom IC19 des NPN-Transistors 19 ausreichend
vergrößert, so ergibt sich folgender Zusammenhang:
IC24 < IC25 = IR1 (11)
Hieraus wird deutlich, daß der PNP-Transistor 24 im
Sättigungsbereich arbeitet. D.h., der Strom des PNP-
Transistors 24 ändert sich unterhalb einem dem Strom IR1
entsprechenden oberen Grenzwert gemäß dem Strom IC19.
Wird der Ausgangsanschluß 7 mit Vcc 4 kurzgeschlossen, so
ändert sich der Zustand der Schaltung in der nachfolgend
beschriebenen Weise. Zuerst wird das Basispotential des PNP-
Transistors 13 größer als das Basispotential des PNP-
Transistors 14, so daß der PNP-Transistor 14 gesättigt und der
PNP-Transistor 13 abgeschaltet wird. Dementsprechend fließt
der Strom I₁₅ der Konstantstromquelle 15 vollständig durch den
PNP-Transistor 14 von dessen Emitter zu dessen Kollektor und
bildet den Eingangsstrom in die Basis des NPN-Transistors 18.
Dadurch wird der NPN-Transistor 18 gesättigt und der
Kollektorstrom IC18 des NPN-Transistors 18 ergibt sich aus
folgender Gleichung:
IC18 = IC24 = IC25 = IR1 (12)
D.h. der Kollektorstrom IC18 des NPN-Transistors 18 wird durch
den Strom IR1 der Konstantstromquelle 26 begrenzt. Der
Kollektorstrom IC23 des NPN-Transistors 23 und der
Kollektorstrom IC18 des NPN-Transistors 18 sind ebenfalls
gleich und beide sind auch gleich dem Kollektorstrom IC19 des
NPN-Transistors 19, und es gilt folgender Zusammenhang:
IR1 = IC18 = IC23 = IC19 (13)
Daher wird der Kollektorstrom IC19 des NPN-Transistors 19
durch den Strom IR1 der Konstantstromquelle 26 begrenzt. Ist
beispielsweise ein Strom IR1 von 3 mA eingestellt, so ergibt
sich ein Strom ISV = 2,9 mA (währende = 0,1 mA). Unter diesen
Verhältnissen besteht keine Möglichkeit einer Beschädigung der
Verstärkerschaltung 5 oder eines übermäßig hohen Stromes aus
dem Spannungsregler 3, der eine Verringerung der Spannung Vcc
4 verursacht. Daher wird die Spannung am Ausgangsanschluß 7
auf dem Spannungswert von Vcc 4 (z. B. 5 V) festgehalten, und
die Störung kann durch ein die Ausgangsspannung des Ausgangs
anschlußes 7 auswertendes System erkannt werden. Die gleiche
Wirkung kann auch durch die unten beschriebenen weiteren
erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele erzielt werden.
D.h. in der Verstärkerschaltung 5 gemäß dem ersten
erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel in dem ein Spannungs
regler 3 als Spannungsquelle verwendet wird, wird eine
Ausgangsstufe des Operationsverstärkers 90 der Verstärker
schaltung 5 durch einen in Emittergrundschaltung betriebenen
Transistor 19 gebildet; der Kollektor und der Basisanschluß
des Transistors 23, der die gleiche Polarität aufweist, wie
der in Emittergrundschaltung betriebene Transistor 19, sind
miteinander verbunden Der Verbindungspunkt zwischen dem Kol
lektor und dem Basisanschluß des Transistors 23 ist mit dem
Basisanschluß des Transistors 19 verbunden; der
Emitteranschluß des Transistors 19 ist mit dem Emitteranschluß
des Transistors 23 verbunden, dessen Kollektor- und
Basisanschluß miteinander verbunden sind; der Emitteranschluß
des eine Emitterfolgerschaltung bildenden Transistors 18 ist
mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Kollektor- und dem
Basisanschluß des Transistors 23 verbunden, und eine
Strombegrenzungsschaltung (23, 24, 25, 26) ist mit dem
Kollektor des eine Emitterfolgerschaltung bildenden
Transistors 18 verbunden. Die Strombegrenzungsschaltung (23,
24, 25, 26) verhindert, daß der Kollektorstrom des in
Emittergrundschaltung betriebenen Transistors 19 den
vorbestimmten Stromwert überschreitet, wenn der
Kollektoranschluß des Transistors 19, d. h. der
Ausgangsanschluß 7 der Verstärkerschaltung, mit der
Spannungsquelle Vcc (oder Masse) kurzgeschlossen ist. Dadurch
ist es möglich, eine Beschädigung des in Emittergrundschaltung
betriebenen Transistors 19 und des Spannungsreglers 3 zu
verhindern und die Ausgangsspannung des Spannungsreglers 3
stabil auf einem vorbestimmten Spannungswert zu halten.
Fig. 2 zeigt einen Schaltplan eines Operationsverstärkers
gemäß einem zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
Im ersten erfindungsgemäßen
Ausführungsbeispiel waren die Emittergebiete der NPN-
Transistoren 19 und 23 gleich groß. In diesem Ausführungs
beispiel weisen das Emitttergebiet SE19 des NPN-Transistors 19
und das Emittergebiet SE23 des NPN-Transistors 23 folgendes
Verhältnis auf:
SE19: SE23 = n:1 (14)
Demgemäß kann Gleichung (13) in folgender Weise umgeschrieben
werden:
Entsprechend ist bei einem Kollektorstrom IC19 des NPN-
Transistors 19 von 3 mA, der sich bei einem Kurzschluß des
Ausgangsanschlußes 7 mit Vcc 4 ergibt, ein Strom IR1 = 0,3 mA
ausreichend, wodurch der Gesamtstrom Icc durch die Schaltung
verringert werden kann.
D.h. in der Verstärkerschaltung 5 gemäß dem zweiten
erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel mit einem Spannungs
regler 3 als Spannungsquelle wird eine Ausgangsstufe des
Operationsverstärkers 90 der Verstärkerschaltung 5 durch einen
in Emittergrundschaltung betriebenen Transistor 19 gebildet,
der Kollektoranschluß und der Basisanschluß des Transistors
23, der die gleiche Polarität aufweist wie der in
Emittergrundschaltung betriebene Transistor 19, und der ein
Emittergebiet aufweist, das das 1/n-fache des Emittergebiets
des Transistors 19 ist, sind miteinander verbunden; der
Verbindungspunkt zwischen dem Kollektor- und dem Basisanschluß
des Transistors 23 ist mit dem Basisanschluß des Transistors
19 verbunden, der Emitteranschluß des Transistors 19 ist mit
dem Emitteranschluß des Transistors 23 verbunden, dessen
Kollektor- und Basisanschluß miteinander verbunden sind; der
Emitteranschluß des eine Emitterfolgerschaltung bildenden
Transistors 18 ist mit dem Verbindungspunkt zwischen dem
Kollektor- und dem Basisanschluß des Transistors 23 verbunden;
und eine Strombegrenzungsschaltung (23, 24, 25, 26) ist mit
dem Kollektoranschluß des in Emittergrundschaltung betriebenen
Transistors 18 verbunden. Die Strombegrenzungsschaltung (23,
24, 25, 26) verhindert, daß der Kollektorstrom des in
Emittergrundschaltung betriebenen Transistors 19 eine
vorbestimmte Stromhöhe überschreitet, wenn der
Kollektoranschluß des Transistors 19, d.h der
Ausgangsanschluß 7 der Verstärkerschaltung mit der
Spannungsversorgung Vcc (oder Masse 2) kurzgeschlossen ist.
Dadurch kann zusätzlich zu der Wirkung des ersten
erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels der Gesamtstrom Icc der
Schaltung verringert werden.
Fig. 3 zeigt einen Schaltplan eines Operationsverstärkers
gemäß einem dritten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel.
In diesem
Ausführungsbeispiel wird ein Widerstand 27 zu der in Fig. 2
gezeigten Schaltung gemäß dem zweiten erfindungsgemäßen
Ausführungsbeispiel hinzugefügt und zwischen den
Emitteranschluß des NPN-Transistors 23 und Masse 2 geschaltet.
Bei einem Kurzschluß zwischen dem Ausgangsanschluß 7 und Vcc 4
ergibt sich folgender Zusammenhang zwischen dem Kollektorstrom
IC19 des NPN-Transistors 19 und dem Kollektorstrom IC23 des
NPN-Transistors 23:
wobei q die Größe der Elektronenladung, k die Boltzmann-
Konstante, T die absolute Temperatur und R27 den
Widerstandswert des Widerstands 27 angibt.
Da das Verhältnis der Emittergebiete der NPN-Transistoren 19
und 23 n:1 ist, ergibt sich:
IS19: IS23 = n:1 (17)
Aus den Gleichungen (16) und (17) ergibt sich:
Dementsprechend ergibt sich R27 zu 285 Ω, wenn IC23 (= IR1) =
0,1 mA, IC19 = 3 mA und n = 10.
Durch Einfügen des Widerstands 27 zwischen den Emitteranschluß
des NPN-Transistors 23 und Masse kann der Gesamtstrom Icc
weiter verringert werden. Der Widerstandswert R27 ist
tatsächlich etwas größer aufgrund des Einflußes des
Basisstroms des NPN-Transistors 19. Der Widerstand 27 ist
Bestandteil der Strombegrenzerstufe.
D.h. in der Verstärkerschaltung 5 gemäß dem dritten
erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel mit einem Spannungs
regler 3 als Spannungsquelle wird eine Ausgangsstufe des
Operationsverstärkers 90 der Verstärkerschaltung 5 durch einen
in Emittergrundschaltung betriebenen Transistor 19 gebildet;
der Kollektor- und der Basisanschluß des Transistors 23, der
die gleiche Polarität aufweist wie der in
Emittergrundschaltung betriebene Transistor 19 und dessen
Emittergebiet das 1/n-fache des Emittergebiets des Transistors
19 ist, sind miteinander verbunden; der Verbindungspunkt
zwischem dem Kollektor- und dem Basisanschluß des Transistors
23 ist mit dem Basisanschluß des Transistors 19 verbunden; ein
Anschluß des Widerstands 27 ist mit dem Emitteranschluß des
Transistors 23 verbunden, dessen Kollektor- und Basisanschluß
miteinander verbunden sind; der andere Anschluß des
Widerstands 27 ist an den Emitteranschluß des Transistors 19
angeschlossen; der Emitteranschluß des eine
Emitterfolgerschaltung bildenden Transistors 18 ist mit dem
Verbindungspunkt zwischen dem Kollektor- und dem Basisanschluß
des Transistors 23 verbunden; und eine Strombegrenzungs
schaltung (23, 24, 25, 26, 27) ist mit dem Kollektoranschluß
des in Emittergrundschaltung betriebenen Transistors 18
verbunden. Die Strombegrenzungsschaltung (23, 24, 25, 26, 27)
verhindert, daß der Kollektorstrom des in Emittergrund
schaltung betriebenen Transistors 19 einen vorbestimmten Wert
überschreitet, wenn der Kollektoranschluß des Transistors 19,
d. h. der Ausgangsanschluß 7 der Verstärkerschaltung, mit der
Spannungsversorgung Vcc (oder Masse 2) kurzgeschlossen ist.
Zusätzlich zu den Wirkungen des zweiten erfindungsgemäßen
Ausführungsbeispiels kann dadurch eine weitere Verringerung
des Gesamtstromes Icc der Schaltung erreicht werden.
Fig. 4 zeigt einen Schaltplan eines Operationsverstärkers
entsprechend einem vierten erfindungsgemäßen Ausführungs
beispiel. In dem in Fig. 4
gezeigten Ausführungsbeispiel bilden ein Widerstand 28, ein
Differenzverstärker (zweite Differenzverstärkerschaltung) 29
und eine zweite Referenzspannungsquelle 30 eine
Strombegrenzungsstufe. In dieser Schaltung wird der Widerstand
28 zwischen den Emitteranschluß des NPN-Transistors 19 und
Masse geschaltet. Ein Spannungsabfall über dem Widerstand 28
wird an den invertierenden Eingangsanschluß des
Differenzverstärkers (zweite Differenzverstärkerschaltung) 29
angelegt, und die Spannung der zweiten Referenzspannungsquelle
30 wird an den nichtinvertierenden Eingangsanschluß des
Differenzverstärkers 29 angelegt. Wird der Strom durch den
NPN-Transistor 19 derart erhöht, daß der Spannungsabfall über
dem Widerstand 28 gleich der Spannung der zweiten
Referenzspannungsquelle 30 ist, so wird der Basisstrom des
NPN-Transistors 18 durch den Differenzverstärker 29 zum Zwecke
der Strombegrenzung gesteuert.
Ist beispielsweise IC19 = 3 mA und der Widerstandswert des
Widerstands 28 gleich 30 Ω, so kann die Spannung der zweiten
Referenzspannungsquelle 30 auf 90 mV festgesetzt werden.
Dieses Ausführungsbeispiel weist ein Rückkopplungssystem auf,
in dem der Emitterstrom des NPN-Transistors direkt erfaßt und
rückgekoppelt wird, was den Vorteil ergibt, daß die
Begrenzungssteuerung nicht durch eine Streuung des
Gleichstromverstärkungsfaktors und des Early-Effekts der
Transistoren beeinflußt wird, wodurch sich eine hohe
Strombegrenzungsgenauigkeit ergibt. Eine derartige
Rückkopplungssteuerung ist üblicherweise für solche Schutz-
oder Fehlerverhinderungsmaßnahmen nicht erforderlich, sie ist
jedoch wirkungsvoll, wenn eine hohe Strombegrenzungs
genauigkeit gefordert ist.
D.h. in der Verstärkerschaltung 5 nach dem vierten
erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel mit einem
Spannungsregler 3 als Spannungsquelle wird eine Ausgangsstufe
des Operationsverstärkers 90 der Verstärkerschaltung 5 durch
einen in Emittergrundschaltung betriebenen Transistor 19
gebildet; der Widerstand 28 wird zwischen den Emitteranschluß
des in Emittergrundschaltung betriebenen Transistors 19 und
Masse geschaltet; der Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand
28 und dem Emitteranschluß des Transistors 19 wird mit einem
der beiden Eingangsanschlüsse der Differenzverstärkerschaltung
29 verbunden; die zweite Referenzspannungsquelle 30 zur
Erzeugung einer konstanten Spannung wird an den anderen
Eingangsanschluß des Differenzverstärkers 29 angeschlossen;
und der Basisstrom des eine Emitterfolgerschaltung bildenden
Transistors 18 wird durch das Ausgangssignal des
Differenzverstärkers 29 gesteuert. Der Kollektorstrom des in
Emittergrundschaltung betriebenen Transistors 19 wird
begrenzt durch den Widerstand 28, den Differenzverstärker 29
und die zweite Referenzspannungsquelle 30, wenn der
Kollektoranschluß des Transistors 19, d. h. der
Ausgangsanschluß 7 der Verstärkerschaltung, mit der
Spannungsversorgung Vcc (oder Masse 2) kurzgeschlossen ist.
Dadurch ist es möglich, eine Beschädigung des in
Emittergrundschaltung betriebenen Transistors 19 und des
Spannungsreglers 3 zu verhindern und die Ausgangsspannung des
Spannungsreglers 3 stabil auf einem vorbestimmten Spannungs
wert zu halten wie im Falle des ersten Ausführungsbeispiels.
Darüberhiiiaus ist dieses Ausführungsbeispiel dürch eine
besonders hohe Strombegrenzungsgenauigkeit gekennzeichnet.
Fig. 5 zeigt einen Schaltplan eines in einer
Verstärkerschaltung verwendeten Operationsverstärkers
entsprechend einem fünften erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel.
Die in Fig. 5 gezeigte Schaltung
entsteht aus der in Fig. 1 gezeigten Schaltung durch
Hinzufügen einer zusätzlichen Ausgangseinrichtung, die die
Komponenten 31 bis 36 umfaßt. In diesem Operationsverstärker
bilden ein NPN-Transistor 31, ein PNP-Transistor 32 und
Widerstände 33 und 34 eine Gegentaktverstärkerstufe und ein
NPN-Transistor 35 sowie ein PNP-Transistor 36 bilden eine
zweite Strombegrenzungsstufe.
Die Basisanschlüsse des NPN-Transistors 31 und des PNP-
Transistors 32 sind mit dem Kollektoranschluß des NPN-
Transistors 19 verbunden. Der Kollektoranschluß des NPN-
Transistors 31 ist an Vcc 4 angeschlossen und der
Kollektoranschluß des PNP-Transistors 32 an Masse 2. Der
Widerstand 32 ist zwischen den Emitteranschluß des NPN-
Transistors 31 und den Ausgangsanschluß 7 geschaltet und der
Widerstand 34 zwischen den PNP-Transistor 32 und den
Ausgangsanschluß 7. Weiterhin ist der Kollektoranschluß des
NPN-Transistors 35 mit dem Basisanschluß des NPN-Transistors
3l verbunden, der Kollektoranschluß des PNP-Transistor 36 mit
dem Basisanschluß des PNP-Transistors 32, der Basisanschluß
des NPN-Transistors 35 mit dem Emitteranschluß des NPN-
Transistors 31 und der Basisanschluß des PNP-Transistors 36
mit dem Emitteranschluß des PNP-Transistors 32. Die
Emitteranschlüsse des NPN-Transistors 35 und des PNP-
Transistors 36 werden gemeinsam mit dem Ausgangsanschluß 7
verbunden.
Wird bei dieser Schaltung der Ausgangsanschluß 7 mit Masse 2
kurzgeschlossen, so fließt der Basisstrom des NPN-Transistors
31 über den Kollektor des NPN-Transistors 35 ab, wodurch der
Kollektorstrom IC31 des NPN-Transistors 31 begrenzt wird, wenn
das Produkt des Kollektorstroms IC31 des NPN-Transistors 31
und des Widerstandswerts R33 des Widerstands 33 gleich der
Basis-Emitter-Einschaltspannung VBE35 des NPN-Transistors 35
ist.
Demnach wird bei einer Spannung VBE35 = 0,65V und einem
Widerstandswertt R33 = 217 Ω der Kollektorstrom IC31 des NPN-
Transistors 31 auf 3 mA begrenzt.
In gleicher Weise ergibt sich bei einem Kurzschluß zwischen
dem Ausgangsanschluß 7 und Vcc 4 das folgende Verhältnis
zwischen dem Kollektorstrom IC32 des PNP-Transistors 32, dem
Widerstandswerts R34 des Widerstands 34 und der Basis-Emitter-
Einschalt-Spannung VBE36 des PNP-Transistors 36:
wobei der Kollektorstrom IC32 des PNP-Transistors 32 auf 3 mA
begrenzt wird, wenn VBE = 0,65 V und R34 = 217 Ω.
In diesem Falle jedoch muß der Kollektorstrom des NPN-
Transistors 19 begrenzt werden, was durch die aus dem NPN-
Transistors 23, den PNP-Transistoren 24 und 25 und der
Konstantstromquelle 26 gebildete Strombegrenzungsstufe
geschieht.
D.h. in der Verstärkerschaltung 5 nach dem fünften
erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel mit einem Spannungs
regler 3 als Spannungsquelle wird eine Ausgangsstufe des
Operationsverstärkers 90 der Verstärkerschaltung 5 durch eine
Gegentaktverstärkerschaltung, deren NPN-Transistor 31 und PNP-
Transistor 32 in Bmitterfolgerschaltung betrieben werden,
gebildet; der Widerstand 33 ist zwischen den Emitteranschluß
des NPN-Transistor 31 und den Ausgangsanschluß 7 geschaltet;
der Widerstand 34 ist zwischen den Emitteranschluß des PNP-
Transistors 32 und den Ausgangsanschluß 7 geschaltet; wobei
der Kollektor- und der Basisanschluß des strombegrenzenden
NPN-Transistors 35 mit dem Basis- bzw. dem Emitteranschluß des
NPN-Transistors 31 verbunden sind und der Kollektor- und der
Basisanschluß des strombegrenzenden PNP-Transistors 36 mit dem
Basis- bzw. dem Emitteranschluß des Transistors 32. Die aus
dem NPN-Transistor 31 und dem PNP-Transistor 32 gebildete
Gegentaktverstärkerschaltung wird durch den in
Emittergrundschaltung betriebenen Transistor 19 angesteuert
und der Verbindungspunkt des Kollektor- und des
Basisanschlusses des Transistors 23, der die gleichen
Polarität aufweist wie der in Emittergrundschaltung betriebene
Transistor 19, wird mit dem Basisanschluß des Transistors 19
verbunden. Der Emitteranschluß des Transistors 23, dessen
Kollektor- und Basisanschluß miteinander verbunden sind, ist
mit dem Emitteranschluß des Transistors 19 verbunden. Der
Emitteranschluß des eine Emitterfolgerschaltung bildenden
Transistors 18 ist an den Verbindungspunkt zwischen dem
Kollektor- und dem Basisanschluß des Transistors 23
angeschlossen und die Strombegrenzungsschaltung (23, 24, 25
und 26) ist mit dem Kollektoranschluß des eine
Emitterfolgerschaltung bildenden Transistors 18 verbunden. Der
strombegrenzende PNP-Transistor 36 oder der strombegrenzende
NPN-Transistor 35 begrenzen den Strom der durch den NPN-
Transistor 31 und den PNP-Transistor 32 gebildeten
Gegentaktschaltung, wenn der Ausgangsanschluß 7 der
Verstärkerschaltung 5 entweder mit der Spannungsversorgung Vcc
oder Masse 2 kurzgeschlossen ist. Dadurch ist es möglich, eine
Beschädigung der aus dem NPN-Transistor 31 und dem PNP-
Transistor 32 gebildeten Gegentaktverstärkerschaltung und des
Spannungsreglers 3 zu verhindern und die Ausgangsspannung des
Spannungsreglers stabil auf einer vorbestimmten Spannungshöhe
beizubehalten.
Während beim ersten bis vierten Ausführungsbeispiel bei einem
Kurzschluß zwischen dem Ausgang und Masse im wesentlichen kein
Problem auftritt, wird durch den Aufbau dieses
Ausführungsbeispiels ein verbesserter Schutz der Schaltung vor
einem derartigen Kurzschluß erreicht.
Die in jedem der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele
verwendete Konstantstromquelle 20 kann durch einen Widerstand
ersetzt werden. Bei der Differenzverstärkerschaltung der
Eingangsstufe können die PNP-Transistoren 13 und 14 durch NPN-
Transistoren ersetzt werden. Selbstverständlich kann die
Funktion der Eingangsstufe auch ohne Verwendung einer
Differenzverstärkerschaltung realisiert werden. Die vor
liegende Erfindung ist nicht auf Halbleiterverstärkerschal
tungen beschränkt, obwohl sie im allgemeinen bei solchen
Schaltungen eingesetzt wird.
Wie aus obiger Beschreibung hervorgeht, ist
eine Strombegrenzungsstufe vorgesehen, um den
in einen Transistor der Ausgangsstufe einer Verstärker
schaltung fließenden Strom zu begrenzen, wodurch das Auftreten
eines übermäßig großen Stromes verhindert wird, um eine
Beschädigung der Verstärkerschaltung und des zur Spannungs
versorgung der Verstärkerschaltung verwendeten Spannungs
reglers zu verhindern, wenn der Ausgangsanschluß der
Verstärkerschaltung mit der Spannungsversorgung Vcc kurz
geschlossen wird. Ebenso kann in einem solchen Falle eine
Verringerung der Ausgangsspannung des Spannungsreglers ver
hindert werden, so daß ein anormaler Zustand aufgrund des
Kurzschlußfehlers von einem das Ausgangssignal der Verstärker
schaltung auswertenden System erkannt werden kann. Demzufolge
wird eine Verstärkerschaltung mit verbesserter Zuverlässigkeit
bereitgestellt.
Es kann auch eine zusätzliche
Ausgangseinrichtung mit einer Gegentaktverstärkerschaltungs
stufe und einer zweiten Strombegrenzungsstufe zur Begrenzung
des Stromes in der Gegentaktverstärkerschaltung in der
Schaltung vorgesehen werden. Dadurch
kann eine Verstärkerschaltung mit sehr hoher Zuverlässigkeit
erzielt werden, bei der das Auftreten eines übermäßig großen
Stromes verhindert wird, wenn der Ausgangsanschluß der
Verstärkerschaltung entweder mit der Spannungsversorgung Vcc
oder mit Masse kurzgeschlossen ist.
Claims (5)
1. Verstärkerschaltung, zu deren Spannungsversorgung ein
Spannungsregler (3) verwendet wird, mit einem Operationsver
stärker (90) bestehend aus:
- a) einer Ausgangsstufe (19, 20) mit einem ersten Transistor (19) in Emittergrundschaltung und einem Ausgangsanschluß (7), der mit dem Kollektoranschluß des ersten Transistors (19) verbunden ist und an dem ein Ausgangssignal der Verstärker schaltung abgreifbar ist,
- b) einer Ausgangstreiberstufe zur Ansteuerung des ersten Transistors (19) in Emittergrundschaltung der Ausgangsstufe (19, 20),
- c) einer Eingangsstute (13-17), deren Ausgang mit der Aus gangstreiberstufe verbunden ist,
- d) einer Strombegrenzungsstufe (23-26) mit einem die gleiche Polarität wie der erste Transistor (19) aufweisenden zweiten Transistor (23), dessen Kollektor- und Basisanschluß mitein ander verbunden und an die Basis des ersten Transistors (19) angeschlossen sind, wobei der Emitteranschluß des ersten Transistors (19) und der Emitteranschluß des zweiten Transi stors (23) mit einem Masseanschluß (2) verbunden sind,
- e) wobei die Ausgangstreiberstufe einen dritten Transistor (18) in Emitterfolgerschaltung aufweist, dessen Kollektoran schluß mit der Strombegrenzungsstufe (23-26), dessen Basisan schluß mit dem Ausgang der Eingangsstufe (13-17) und dessen Emitteranschluß mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Kollek tor- und dem Basisanschluß des zweiten Transistors (23) ver bunden ist, und
- f) wobei die Strombegrenzungsstufe (23-26) zudem in der Weise mit dem Kollektoranschluß des dritten Transistors (18) ver bunden ist, daß sie den ersten Transistor (19) und den Span nungsregler (3) schützt und die Ausgangsspannung des Span nungsreglers (3) stabil beibehält, indem sie verhindert, daß der Kollektorstrom des ersten Transistor (19) eine vorbe stimmte Stromhöhe überschreitet, wenn der mit dem Kollektor anschluß des ersten Transistors (19) verbundene Ausgangsan schluß (7) mit einer Spannungsversorgungsleitung (Vcc) kurz geschlossen ist.
2. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1, wobei das Emitterge
biet des zur Strombegrenzungsstufe (23-26) gehörigen zweiten
Transistors (23) auf das 1/n-fache des Emittergebiets des zur
Ausgangsstufe (19, 20) gehörigen ersten Transistors (19)
festgelegt ist, um dadurch den Gesamtstrom der Schaltung zu
verringern.
3. Verstärkerschaltung nach Anspruch 2, wobei die Strombe
grenzungsstufe (23-26) zudem einen Widerstand (27) aufweist,
der zur weiteren Reduzierung des Gesamtstroms der Schaltung
zwischen den Emitteranschluß des zweiten Transistors (23) und
den Masseanschluß (2) geschaltet ist.
4. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1, wobei der Ausgangs
stufe (19, 20) eine zusätzliche Ausgangseinrichtung (31-36)
nachgeschaltet ist, die mit dem Ausgangssignal der Ausgangs
stufe (19, 20) gespeist wird, und die eine Gegentaktverstär
kerstufe (31-34) und eine zweite Strombegrenzungsstufe (35,
36) zur Begrenzung des durch die Gegentaktverstärkerstufe
(31-34) fließenden Stromes enthält, wobei der Ausgangsan
schluß (7), an dem das Ausgangssignal der Verstärkerschaltung
abgreifbar ist, durch die Gegentaktverstärkerstufe (31-34)
und die zweite Strombegrenzungsstufe (35, 36) angesteuert
wird, und wobei bei einem Kurzschluß des Ausgangsanschlusses
(7) der Verstärkerschaltung mit der Spannungsversorgungslei
tung (Vcc) oder dem Masseanschluß (2) eine Strombegrenzung
derart durchgeführt wird, daß der Strom in der Gegentaktver
stärkerstufe (31-34) einen vorbestimmten Wert nicht über
schreitet sowie ein vorbestimmter Wert der Ausgangsspannung
des Spannungsreglers (3) stabil beibehalten wird.
5. Verstärkerschaltung nach Anspruch 4, wobei die Gegentakt
verstärkerstufe (31-34) der zusätzlichen Ausgangseinrichtung
(31-36) einen npn-Transistor (31) und einen pnp-Transistor
(32) in Emitterfolgerschaltung, einen zwischen den Ausgangs
anschluß (7) und den npn-Transistor (31) der Gegentaktver
stärkerstufe geschalteten Widerstand (33) und einen zwischen
den Ausgangsanschluß (7) und den pnp-Transistor (32) der Ge
gentaktverstärkerstuf e geschalteten Widerstand (34) aufweist,
wobei die zweite Strombegrenzungsstufe (35, 36) der zusätzli
chen Ausgangseinrichtung (31-36) einen strombegrenzenden npn-
Transistor (35) aufweist, dessen Basisanschluß mit dem Emit
teranschluß und dessen Kollektoranschluß mit dem Basisan
schluß des npn-Transistors (31) der Gegentaktverstärkerstufe
und dessen Emitteranschluß mit dem Ausgangsanschluß (7) ver
bunden ist, und einen strombegrenzenden pnp-Transistor (36),
dessen Basisanschluß mit dem Emitteranschluß und dessen Kol
lektoranschluß mit dem Basisanschluß des pnp-Transistors (32)
der Gegentaktverstärkerstuf e und dessen Emitteranschluß mit
dem Ausgangsanschluß (7) verbunden ist, wobei die aus dem
npn- (31) und dem pnp-Transistor (32) gebildete Gegentaktver
stärkerstufe durch den in der Ausgangsstufe enthaltenen er
sten Transistor (19) angesteuert wird, und wobei der Strom
durch die aus dem npn-Transistor (31) und dem pnp-Transistor
(32) gebildete Gegentaktverstärkerstufe durch den strombe
grenzenden pnp-Translstor (36) und den strombegrenzenden npn-
Transistor (35) begrenzt wird, um die Gegentaktverstärker
stufe und den Spannungsregler (3) zu schützen und die Aus
gangsspannung stabil beizubehalten, wenn der Ausgangsanschluß
(7) mit der Spannungsversorgungsleitung (Vcc) oder dem Masse
anschluß (2) kurzgeschlossen ist.
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