DE69532061T2 - Verstärkerschaltung und Verfahren - Google Patents

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Nicolas Dallas Salamina
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/30Single-ended push-pull [SEPP] amplifiers; Phase-splitters therefor
    • H03F3/3083Single-ended push-pull [SEPP] amplifiers; Phase-splitters therefor the power transistors being of the same type
    • H03F3/3086Single-ended push-pull [SEPP] amplifiers; Phase-splitters therefor the power transistors being of the same type two power transistors being controlled by the input signal
    • H03F3/3088Single-ended push-pull [SEPP] amplifiers; Phase-splitters therefor the power transistors being of the same type two power transistors being controlled by the input signal with asymmetric control, i.e. one control branch containing a supplementary phase inverting transistor
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    • H03F3/3086Single-ended push-pull [SEPP] amplifiers; Phase-splitters therefor the power transistors being of the same type two power transistors being controlled by the input signal
    • H03F3/3089Single-ended push-pull [SEPP] amplifiers; Phase-splitters therefor the power transistors being of the same type two power transistors being controlled by the input signal comprising field-effect transistors in the control circuit

Description

  • TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
  • Diese Erfindung betrifft allgemein das Gebiet elektronischer Vorrichtungen. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine Verstärkerschaltung und ein entsprechendes Verfahren.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Viele elektronische Schaltungen verwenden Verstärker zum Manipulieren verschiedener Signale innerhalb der Schaltung. Der Ausgang des Verstärkers kann angeschlossen werden, um einer Lastschaltung eine Ausgangsspannung zuzuführen. Der Entwurf der Ausgangsstufe kann verschiedene Betriebsaspekte des Verstärkers beeinflussen. Beispielsweise können manche Verstärker der Last einen hohen Ausgangsstrom zuführen. Andere Verstärker können einen Ausgangsspannungsausschlag erzeugen, der in etwa dem Betrag der Versorgungsspannung für die Verstärkerschaltung gleicht. Manche Verstärker müssen eine Ausgabe bereitstellen, die eine niedrige Übersprechverzerrung aufweist. Wieder andere Verstärker müssen die Verstärkung und die Stabilität bei verhältnismäßig hohen Frequenzen aufrechterhalten. Durch jede dieser Anforderungen werden Randbedingungen für den Entwurf der Ausgangsstufe festgelegt.
  • Während des Betriebs verbraucht eine Verstärkerschaltung Strom von einer Leistungsversorgung. Ein Teil dieses Stroms, der als Ruhestrom bekannt ist, wird verwendet, um die interne Schaltungsanordnung des Verstärkers vorzuspannen. Ein niedriger Ruhestrom ist wünschenswert, weil er den Leistungsverbrauch verringert, wenn der Verstärker bei einer geringen Last oder ganz ohne Last arbeitet.
  • Früher entwickelte Verstärker-Ausgangsschaltungen haben einige dieser Probleme adressiert. Beispielsweise bieten gemeinhin als Klasse-A-Schaltungen bezeichnete Ausgangsschaltungen eine niedrige Ausgangsverzerrung. Leider verbrauchen Klasse-A-Schaltungen schon an sich große Ruhestrommengen. Eine zweite Klasse von Ausgangsschaltungen wird als Klasse-B-Schaltungen bezeichnet. Diese Schaltungen verbrauchen einen sehr geringen Ruhestrom. Klasse-B-Schaltungen weisen jedoch eine erhebliche Übersprechverzerrung auf. Ein Zwitter der Ausgangsschaltungen der Klasse A und der Klasse B wird gemeinhin als Klasse-AB-Ausgangsschaltungen bezeichnet. Klasse-AB-Schaltungen verbrauchen mehr Ruhestrom als gleichwertige Klasse-B-Schaltungen, jedoch weniger Ruhestrom als gleichwertige Klasse-A-Schaltungen. Sie weisen daher eine geringere Übersprechverzerrung als Klasse-B-Schaltungen, jedoch eine höhere Übersprechverzenung als Klasse-A-Schaltungen auf.
  • Die meisten Verstärker sind Klasse-AB-Ausgangsschaltungen, um vernünftige Übersprechverzenungsniveaus bei einem Ruhestrom von möglicherweise fünf bis zehn Prozent des maximal zulässigen Ausgangsstroms zu erreichen. Es ist mit diesen Schaltungen typischerweise schwierig, erheblich niedrigere Ruhestromniveaus zu erreichen. Überdies beruhen viele frühere Verstärkerschaltungen auf Schaltungen, welche den verfügbaren Ausgangsausschlag oder den verfügbaren Frequenzgang verringern, um den Ruhestrom zu verringern.
  • In US 5 285 170 ist ein Operationsverstärker offenbart, bei dem eine ausschließlich aus NPN-Transistoren bestehende Ausgangstreiberstufe verwendet wird, bei der eine Steuerschaltung ein Eingangssignal empfängt und ein erstes und ein zweites Steuersignal bereitstellt, welche wiederum einen ersten und einen zweiten NPN-Ausgangstreibertransistor ansteuern, welche in einer Totem-pole-Konfiguration zwischen dem ersten und dem zweiten Spannungsversorgungsleiter angeordnet sind.
  • Die Erfindung sieht eine Ausgangsstufe für eine Verstärkerschaltung vor, welche aufweist:
    eine Stromquellen-Schaltungsanordnung, die in der Lage ist, einen Ausgangsstrom an eine externe Last abzugeben,
    eine Stromquelle, die geschaltet ist, um der Stromquellen-Schaltungsanordnung einen Betriebsstrom zuzuführen,
    eine Stromsenken-Schaltungsanordnung, die an die Stromquellen-Schaltungsanordnung angeschlossen ist und in der Lage ist, einen Strom von der externen Last aufzunehmen, wobei die Stromquellen-Schaltungsanordnung und die Stromsenken-Schaltungsanordnung einen gemeinsamen Ausgangsschaltungspunkt aufweisen, mit dem beim Betrieb die externe Last verbunden ist, wobei die Stromsenken-Schaltungsanordnung eine Eingabeeinrichtung zum Empfangen eines Eingangssignals für die Ausgangsstufe aufweist,
    eine Stromspiegel-Schaltungsanordnung, die mit der Stromquelle verbunden ist und eine Eingabeeinrichtung zum Empfangen des Eingangssignals für die Ausgangsstufe aufweist, welche in der Lage ist, einen in der Stromsenken-Schaltungsanordnung fließenden Strom zu spiegeln und geschaltet ist, um den Spiegelstrom von dem Betriebsstrom der Stromquellen-Schaltungsanordnung zu nehmen, wenn das Eingangssignal die Stromsenken-Schaltungsanordnung veranlaßt, Strom aufzunehmen,
    eine Diode, die zwischen den gemeinsamen Ausgangsschaltungspunkt und die Stromspiegel-Schaltungsanordnung geschaltet ist, um die Stromspiegel-Schaltungsanordnung zu veranlassen, Strom von der externen Last aufzunehmen, wenn das Eingangssignal die Stromsenken-Schaltungsanordnung veranlaßt, Strom aufzunehmen,
    eine Spannungsklemme, die mit dem Schaltungspunkt zwischen der Stromspiegel-Schaltungsanordnung und der Diode verbunden ist, um eine untere Spannungsgrenze für den Schaltungspunkt zwischen der Stromspiegel-Schaltungsanordnung und der Diode festzulegen,
    eine erste Versorgungsschiene zum Anschließen an eine erste Spannungsquelle, um der Stromquellenschaltung und der Stromsenkenschaltung Leistung zuzuführen, und
    eine zweite Versorgungsschiene zum Anschließen an eine von der ersten Spannungsquelle verschiedene zweite Spannungsquelle, um der Stromquelle und der Stromspiegel-Schaltungsanordnung Leistung zuzuführen, so daß der Ausgangsspannungsausschlag der Ausgangsstufe etwa der Spannung der ersten Spannungsquelle gleicht.
  • Vorzugsweise weisen die Stromsenken-Schaltungsanordnung und die Stromquellen-Schaltungsanordnung NPN-Sperrschicht-Bipolartransistoren auf.
  • Vorzugsweise weist die Stromquellen-Schaltungsanordnung einen ersten NPN-Sperrschicht-Bipolartransistor auf, dessen Emitter an die Basis eines zweiten NPN-Sperrschicht-Bipolartransistors angeschlossen ist.
  • Vorzugsweise weist die Stromspiegel-Schaltungsanordnung einen NPN-Sperrschicht-Bipolartransistor auf, der einen Emitter-Lastwiderstand aufweist.
  • Vorzugsweise weist die Spannungsklemme folgendes auf:
    eine erste und eine zweite Diode, die in Reihe zwischen eine weitere Stromquelle und die Masse geschaltet sind, und
    einen NPN-Sperrschicht-Bipolartransistor, dessen Basis an den Schaltungspunkt zwischen den Dioden und der weiteren Stromquelle angeschlossen ist und dessen Emitter an die Stromspiegel-Schaltungsanordnung angeschlossen ist.
  • Alternativ weist die Spannungsklemme folgendes auf:
    eine erste, eine zweite und eine dritte Diode, die in Reihe zwischen eine weitere Stromquelle und die Masse geschaltet sind, und
    ein Darlington-Paar von NPN-Sperrschicht-Bipolartransistoren, wobei die Eingangsbasis an den Schaltungspunkt zwischen den Dioden und der weiteren Stromquelle angeschlossen ist und der Ausgangsemitter an die Stromspiegel-Schaltungsanordnung angeschlossen ist.
  • Vorzugsweise weist die Stromspiegel-Schaltungsanordnung einen ersten NPN-Sperrschicht-Bipolartransistor auf, dessen Emitter an die Basis eines zweiten NPN-Sperrschicht-Bipolartransistors angeschlossen ist.
  • Die Erfindung sieht auch eine Verstärkerschaltung vor, welche folgendes aufweist:
    eine Eingangsverstärkerstufe mit einem Ausgang,
    einen ersten Transistor zum Abgeben von Strom an eine externe Last,
    einen zweiten Transistor zum Aufnehmen von Strom von der externen Last, wobei ein erster Stromführungsanschluß des ersten Transistors an einen zweiten Stromführungsanschluß des zweiten Transistors angeschlossen ist, um einen gemeinsamen Ausgangsschaltungspunkt zum Anschließen an die externe Last zu bilden,
    einen dritten Transistor, der einen Steueranschluß aufweist, welcher an einen Steueranschluß des zweiten Transistors angeschlossen ist, so daß der Strom im dritten Transistor den Strom im zweiten Transistor während eines Stromaufnahmevorgangs in etwa spiegelt,
    eine Stromquelle, die an einen Steueranschluß des ersten Transistors und einen zweiten Stromführungsanschluß des dritten Transistors angeschlossen ist,
    wobei der dritte Transistor in der Lage ist, ansprechend auf eine erste vorbestimmte Ausgabe der Eingangsverstärkerstufe Strom von der Stromquelle von dem ersten Transistor abzuziehen, wenn der zweite Transistor Strom von der externen Last aufnimmt,
    wobei der dritte Transistor in der Lage ist, die Stromquelle ansprechend auf eine zweite vorbestimmte Ausgabe der Eingangsverstärkerstufe zu veranlassen, dem ersten Transistor Strom zuzuführen, so daß der erste Transistor der externen Last Strom zuführt,
    eine Diode, die zwischen den gemeinsamen Ausgangsschaltungspunkt und den zweiten Stromführungsanschluß des dritten Transistors geschaltet ist, um den dritten Transistor zu veranlassen, Strom von der externen Last aufzunehmen, wenn die Ausgabe der Eingangsverstärkerstufe den zweiten Transistor veranlaßt, Strom aufzunehmen,
    eine Spannungsklemme, die an den Schaltungspunkt zwischen dem zweiten Stromführungsanschluß des dritten Transistors und der Diode geschaltet ist, um eine untere Spannungsgrenze für den Schaltungspunkt zwischen dem zweiten Stromführungsanschluß des dritten Transistors und der Diode festzulegen,
    eine erste Versorgungsschiene zum Anschließen an eine erste Spannungsquelle, um dem ersten und dem zweiten Transistor Leistung zuzuführen, und
    eine zweite Versorgungsschiene zum Anschließen an eine von der ersten Spannungsquelle verschiedene zweite Spannungsquelle, um der Stromquelle und dem dritten Transistor Leistung zuzuführen, so daß der Ausgangsspannungsausschlag der Verstärkerschaltung in etwa der Spannung der ersten Spannungsquelle gleicht.
  • Vorzugsweise weist die Verstärkerschaltung weiter auf:
    einen Widerstand, der in Reihe mit einem ersten Stromführungsanschluß des dritten Transistors geschaltet ist.
  • Vorzugsweise weist die Spannungsklemme folgendes auf:
    eine erste und eine zweite Diode, die in Reihe zwischen eine Stromquelle und ein Massepotential geschaltet sind, und
    einen NPN-Sperrschicht-Bipolartransistor, dessen Basis an den Schaltungspunkt zwischen den Dioden und der Stromquelle angeschlossen ist und dessen Emitter an den Kollektor des dritten Transistors angeschlossen ist.
  • Vorzugsweise umfaßt der erste Transistor ein Transistorpaar, bei dem der Emitter eines Transistors mit der Basis des anderen Transistors verbunden ist und der dritte Transistor die gleiche Konfiguration wie der erste Transistor aufweist.
  • Die Erfindung sieht weiter ein Verfahren zum Steuern eines Ausgangsstroms einer Verstärkerschaltung mit einer Stromquellenschaltung und einer Stromsenkenschaltung, die an einen gemeinsamen Ausgangsschaltungspunkt angeschlossen sind, vor, welches die folgenden Schritte aufweist:
    Erzeugen eines Steuerausgangssignals in einer Eingangsverstärkerstufe der Verstärkerschaltung ansprechend auf eine Eingabe in die Verstärkerschaltung,
    Zuführen des Steuerausgangssignals zu einer Stromspiegelschaltung, die den Strom in der Stromsenkenschaltung spiegelt,
    Abziehen von Strom von einer Stromquelle der Verstärkerschaltung fort von der Stromquellenschaltung zur Stromspiegelschaltung ansprechend auf einen ersten Wert des Steuerausgangssignals, so daß der Verstärker einen Strom von einer externen Last aufnimmt,
    Zuführen von Strom von der Stromquelle zu der Stromquellenschaltung ansprechend auf einen zweiten Wert des Steuerausgangssignals, so daß der Verstärker Strom an die externe Last abgibt,
    Bereitstellen einer Diode, die zwischen den gemeinsamen Ausgangsschaltungspunkt und die Stromspiegelschaltung geschaltet ist, um die Stromspiegelschaltung ansprechend auf den ersten Wert des Steuerausgangssignals zu veranlassen, Strom von der externen Last aufzunehmen,
    Bereitstellen einer Spannungsklemme, die an einen zweiten Stromführungsanschluß eines Transistors der Stromspiegelschaltung angeschlossen ist,
    Bereitstellen einer ersten Spannungsquelle zum Zuführen von Leistung zur Stromquellenschaltung und zur Stromsenkenschaltung und
    Bereitstellen einer zweiten Spannungsquelle, die von der ersten Spannungsquelle verschieden ist, um der Stromquelle und der Stromspiegelschaltung Leistung zuzuführen, so daß der Ausgangsspannungsausschlag der Verstärkerschaltung in etwa der Spannung der ersten Spannungsquelle gleicht.
  • Vorzugsweise sieht das Verfahren weiter das Begrenzen des Hochstrombereichs des Transistors der Stromspiegelschaltung durch einen Widerstand vor, der an den ersten Stromführungsanschluß des Transistors angeschlossen ist.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung sieht eine Verstärkerschaltung und ein entsprechendes Verfahren vor, wodurch Probleme beseitigt oder verringert werden, die mit früheren Schaltungen und Verfahren verbunden sind. Gemäß einer Ausführungsform sieht die vorliegende Erfindung insbesondere eine Verstärkerschaltung vor, die in der Lage ist, einen in Bezug auf ihren Vorspannungsstrom hohen Strompegel sowohl abzugeben als auch aufzunehmen. Die Verstärkerschaltung hat eine Verstärkerstufe, die zum Steuern einer Ausgangsstufe geschaltet ist. Die Ausgangsstufe weist eine Schaltung zum Abgeben von Strom an eine externe Last auf. Zusätzlich weist die Ausgangsstufe eine Schaltung zum Aufnehmen von Strom von der externen Last auf. Die Quellen- und die Senkenschaltung können mit einem gemeinsamen Ausgangsschaltungspunkt gekoppelte Emitterfolgerschaltungen aufweisen. Die Ausgangsstufe weist auch eine Spiegelschaltung in der Art eines Sperrschicht- Bipolartransistors auf, der eine gemeinsame Basis mit der Senkenschaltung aufweist, welche mit einem Ausgang der Verstärkerstufe gekoppelt ist. Schließlich weist die Ausgangsstufe eine Stromquelle auf, die sowohl mit der Spiegelschaltung als auch mit der Quellenschaltung gekoppelt ist. Die Spiegelschaltung ist zum Spiegeln des Stroms in der Senkenschaltung geschaltet. Auf der Grundlage der Ausgabe der Verstärkerstufe zieht die Spiegelschaltung entweder Strom von der Stromquelle von der Quellenschaltung ab oder verhindert, daß die Senkenschaltung Strom aufnimmt, indem kein Strom von der Stromquelle gezogen wird. Daher veranlaßt die Stromquelle die Quellenschaltung entweder, einen Ausgangsstrom an eine externe Last abzugeben, oder sie veranlaßt den Senkentransistor, Strom von der externen Last aufzunehmen.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Ausgangsstufe auch eine zwischen den gemeinsamen Schaltungspunkt der Quellen- und der Senkenschaltung und einen Ausgang der Spiegelschaltung geschaltete Diode aufweisen. Auf diese Weise leitet die Diode den Strom zur Spiegelschaltung um, so daß die Spiegelschaltung die Senkenschaltung beim Aufnehmen von Strom während eines Aufnahmevorgangs unterstützt.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Ausgangsstufe auch eine Klemmschaltung aufweisen, die mit einem Schaltungspunkt zwischen der Stromquelle und der Spiegelschaltung gekoppelt ist. Die Klemmschaltung kann das Sättigen eines Transistors der Spiegelschaltung verhindern und auf diese Weise verhindern, daß die Spiegelschaltung den Basisstrom des Transistors in der Senkenschaltung stört.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann in der Spiegelschaltung zwischen dem Emitter des Transistors und der Spiegelschaltung und einem Massepotential ein Widerstand aufgenommen werden. Dieser Widerstand steuert die Anstiegsrate des Stroms in der Spiegelschaltung in Bezug auf die Senkenschaltung und verhindert auf diese Weise, daß der Transistor einen übermäßigen Strom von der Klemmschaltung abzieht, wodurch die Wirksamkeit der Ausgangsstufe während des Aufnehmens hoher Ströme erhöht wird.
  • Ein technischer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß sie in der Lage ist, einen hohen Ausgangsstrom aufzunehmen oder abzugeben, selbst wenn sie bei einem niedrigen Ruhestrom vorgespannt ist, um den Leistungsverbrauch durch den Verstärker zu verringern. Hierdurch wird die Leistungswirksamkeit des Verstärkers insbesondere bei geringeren Lasten erhöht und der Verstärker mit den Anforderungen moderner Mikroleistungsanwendungen kompatibel gemacht.
  • Ein anderer technischer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß eine gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung aufgebaute Ausgangsstufe so konfiguriert werden kann, daß sie mit einer einzigen Spannungsversorgung betrieben werden kann und dabei noch mit etwa ein Volt der Versorgung schwingen kann und sehr nahe beim Massepotential schwingen kann. Der Ausgangsausschlag ist demgemäß demjenigen bei den herkömmlichen Klasse-B-Implementationen überlegen.
  • Ein weiterer technischer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß eine gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung aufgebaute Ausgangsstufe so konfiguriert werden kann, daß der Signalweg ausschließlich durch NPN-Vorrichtungen verläuft, um eine große Bandbreite zu erreichen, ohne daß die Verwendung von Hochfrequenz-PNP-Vorrichtungen erforderlich wäre. Solche PNP-Vorrichtungen sind mit vielen Technologien integrierter Schaltkreise nicht verträglich.
  • Ein weiterer technischer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß gemäß einer Ausführungsform der Ausgangsspannungsbereich einer gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung aufgebauten Verstärkerstufe von einem Wert, der im wesentlichen der Versorgungsspannung der Ausgangsstufe des Verstärkers gleicht, bis in etwa zu einem Massepotential reichen kann. Die Verstärkerschaltung kann diesen Vorteil unter Verwendung von zwei verschiedenen Spannungsversorgungen erreichen. Die erste Spannungsversorgung stellt der Quellen- und der Senkenschaltung einen verringerten Spannungspegel bereit. Die zweite Spannungsversorgung stellt der Stromquelle und der Spiegelschaltung eine höhere Spannung bereit. Der Ausgangsspannungsbereich der Senken- und der Quellenschaltung gleicht im wesentlichen demjenigen der ersten Spannungsversorgung. Weil nahezu der gesamte bei hohen Lastströmen vom Verstärker verbrauchte Strom von der ersten Versorgung gezogen wird, ist die Leistungswirksamkeit für einen gegeben Ausgangsausschlag erhöht.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • Für ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Erfindung und ihrer Vorteile wird nun auf die folgende Beschreibung in Zusammenhang mit der anliegenden Zeichnung Bezug genommen, in der gleiche Bezugszahlen gleiche Merkmale angeben.
  • Es zeigen:
  • 1 einen Schaltplan zum Erläutern einer Ausführungsform einer gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung aufgebauten Verstärkerschaltung und
  • 2 einen Schaltplan zum Erläutern einer anderen Ausführungsform einer gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung aufgebauten Verstärkerschaltung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • 1 ist ein Schaltplan, in dem eine Ausführungsform einer allgemein mit 10 bezeichneten gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung aufgebauten Operationsverstärkerschaltung dargestellt ist. Der Verstärker 10 kann einen Ausgangsstrom an eine Last 12 abgeben oder diesen aufnehmen. Der Verstärker 10 arbeitet auch, verglichen mit dem maximalen Strom, den der Verstärker 10 abgeben oder aufnehmen kann, bei einem niedrigen Ruhestrom. Der Verstärker 10 gibt eine Spannung an die Last 12 aus, die im Bereich von etwa dem Wert einer Versorgungsspannung bis hinab zu einem Massepotential liegt.
  • Der Verstärker 10 weist eine Verstärkerstufe 14 auf. Die Verstärkerstufe 14 kann eine beliebige Anzahl herkömmlicher Eingangs- und Verstärkungsstufen aufweisen, welche eine geeignet hohe Verstärkung liefern. Eine Eingangsspannung ist an Eingangsanschlüsse 16 der Verstärkerstufe 14 angelegt. Der Verstärker 10 weist auch eine mit der Verstärkerstufe 14 gekoppelte Ausgangsstufe 18 auf.
  • Die Ausgangsstufe 18 gibt Strom an die Last 12 ab und nimmt Strom von der Last 12 auf. Die Ausgangsstufe 18 weist einen Quellentransistor 20 und einen Senkentransistor 22 auf. Wie dargestellt, umfaßt der Transistor 20 einen einzigen NPN-Sperrschicht-Bipolariransistor. Der Transistor 20 kann durch ein Paar in einem Darlington-Paar gekoppelter Transistoren, wie in 2 dargestellt ist, oder eine andere geeignete Schaltung zum Zuführen eines Ausgangsstroms zur Lastschaltung 12 ersetzt werden. Der Transistor 22 umfaßt einen NPN-Sperrschicht-Bipolartransistor. Der Kollektor des Transistors 22 ist an einem Ausgangsschaltungspunkt 24 mit dem Emitter des Transistors 20 gekoppelt. Der Kollektor des Transistors 20 ist mit einer ersten Versorgungsschiene 28 gekoppelt. Der Emitter des Transistors 22 ist mit einem Massepotential gekoppelt. Der Transistor 20 wird durch eine Stromquelle 29 gesteuert. Die Stromquelle 29 ist an einem Schaltungspunkt 32 zwischen eine zweite Versorgungsschiene 30 und die Basis des Transistors 20 geschaltet. Die Stromquelle 29 kann beispielsweise einen geeignet vorgespannten Stromspiegel oder eine andere geeignete Stromquelle umfassen.
  • Die Ausgangsstufe 18 bewirkt durch die Kombination der Transistoren 20 und 22, der Stromquelle 29 und eines Spiegeltransistors 34 das Aufnehmen oder Abgeben eines großen Stroms. Der Kollektor des Transistors 34 ist am Schaltungspunkt 32 mit der Stromquelle 29 gekoppelt. Die Basis des Transistors 34 ist mit einem Ausgang der Verstärkerstufe 14 und der Basis des Transistors 22 gekoppelt. Der Emitter des Transistors 34 ist durch einen Widerstand 36 mit einem Massepotential gekoppelt. Der Widerstand 36 ist gewählt, um die Rate zu steuern, mit der der Strom im Transistor 34 während eines Aufnahmevorgangs zunimmt.
  • Der Transistor 34 kann den Transistor 22 dabei unterstützen, einen Strom von der Last 12 aufzunehmen. Eine Diode 38 ist zwischen den Ausgangsschaltungspunkt 24 und den Schaltungspunkt 32 geschaltet. Die Diode 38 leitet den Strom vom Ausgangsschaltungspunkt 24 zum Transistor 34 am Schaltungspunkt 32, wenn die Spannung am Schaltungspunkt 32 um etwa einen Diodenabfall kleiner ist als die Spannung am Schaltungspunkt 24. Die Diode 38 kann beispielsweise eine geeignete Schottky-Diode umfassen. Die Diode 38 weist auch den zusätzlichen Vorteil des Schützens des Basis-Emitter-Übergangs des Transistors 20 vor einer lawineninduzierten Beta-Beeinträchtigung auf.
  • Eine Klemmschaltung 40 ist mit dem Schaltungspunkt 32 gekoppelt, um das Sättigen des Transistors 34 zu verhindern und dadurch den Basisstrom zum Transistor 22 zu verringern. Die Klemmschaltung 40 umfaßt einen Transistor 42. Ein Kollektor des Transistors 42 ist mit der Versorgungsschiene 28 gekoppelt. Ein Emitter des Transistors 42 ist mit dem Schaltungspunkt 32 gekoppelt. Eine Basis des Transistors 42 ist an einem Schaltungspunkt 46 mit einer Stromquelle 44 gekoppelt. Die Stromquelle 44 ist mit der Versorgungsschiene 30 gekoppelt. Eine erste Diode 48 und eine zweite Diode 50 sind zwischen den Schaltungspunkt 46 und ein Massepotential geschaltet. Die Dioden 48 und 50 können als Diode geschaltete Transistoren oder eine andere geeignete Diode zum Erzeugen einer Spannung am Schaltungspunkt 46 umfassen.
  • Beim Betrieb verstärkt der Verstärker 10 ein Eingangssignal an den Eingangsanschlüssen 16, um ein Ausgangssignal für die Last 12 am Schaltungspunkt 24 zu erzeugen. Die Ausgangsstufe 18 kann entweder Strom an die Last 12 abgeben oder Strom von der Last 12 aufnehmen. Beim Abgeben von Strom an die Last 12 wird der Ausgang der Verstärkerstufe 14 auf eine Niederpotentialspannung gelegt. Hierdurch wird bewirkt, daß die Transistoren 22 und 34 einen unerheblichen Strombetrag leiten. Dies wird als ein "Spenzustand" der Transistoren 22 und 34 bezeichnet. Es sei bemerkt, daß die Transistoren 22 und 34 so gekoppelt sind, daß der Emitterstrom des Transistors 34 im Transistor 22 bei niedrigen Strompegeln in etwa gespiegelt oder repliziert wird. Weil der Transistor 34 gesperrt ist, wird die Ausgabe der Stromquelle 29 in die Basis des Transistors 20 umgelenkt. Dadurch erzeugt die Ausgangsstufe 18 am Schaltungspunkt 24 einen Ausgangsstrom für Last 12, und die Spannung am Schaltungspunkt 24 steigt an. Die Spannung am Schaltungspunkt 24 kann in etwa auf die gleiche Spannung ansteigen, die an der Versorgungsschiene 28 anliegt, was nur durch die Sättigungsspannung des Transistors 20 begrenzt ist. Damit der volle Ausgangsausschlag verfügbar ist, muß die Spannung an der Versorgungsschiene 30 die Spannung an der Spannungsversorgung 28 um einen Betrag übersteigen, der ausreicht, um die Basis-Emitter-Spannung des Transistors 20 zu erzeugen und einen angemessenen Spielraum für den Betrieb der Stromquelle 29 bereitzustellen. Beispielsweise kann die Versorgungsschiene 28 eine 3-Volt-Quelle aufweisen und die Versorgungsschiene 30 eine 5-Volt-Quelle aufweisen. Die Verwendung der beiden Spannungsversorgungen verringert die Verlustleistung durch die Ausgangsstufe 18, wodurch die Wirksamkeit des Verstärkers 10 erhöht wird.
  • Die Ausgangsstufe 18 kann auch als eine Stromsenke für die Last 12 wirken. Um als eine Senke zu wirken, veranlaßt die Ausgangsspannung der Verstärkerstufe 14 den Transistor 34, Strom zwischen seinem Kollektor und seinem Emitter zu leiten. Dies wird als ein "Durchschaltzustand" des Transistors bezeichnet. Der Strom durch den Transistor 34 wird im Transistor 22, zumindest bei niedrigen Strompegeln, bei denen der Spannungsabfall am Widerstand 36 vernachlässigbar ist, gespiegelt. Es sei bemerkt, daß die Größe der Transistoren 34 und 22 so skaliert werden kann, daß der Strom im Transistor 22 durch ein gewähltes Verhältnis in Bezug zum Strom im Transistor 34 steht. Der Transistor 34 absorbiert Strom von der Stromquelle 29, wodurch die Spannung am Schaltungspunkt 32 verringert wird und der Transistor 20 gesperrt wird. Die Spannung am Schaltungspunkt 32 nimmt weiter ab, und die Diode 38 leitet Strom vom Schaltungspunkt 24 zum Schaltungspunkt 32, während die Ausgangsspannung am Schaltungspunkt 24 um etwa einen Diodenspannungsabfall an der Diode 38 größer ist als die Spannung am Schaltungspunkt 32. Auf diese Weise leitet die Diode 38 den Strom in den Transistor 34 um, so daß der Transistor 34 den Transistor 22 dabei unterstützt, den Strom von der Last 12 aufzunehmen. Dies verhindert das Verschwenden des Kollektorstroms des Transistors 34, der nicht der Stromquelle 29 entgegenzuwirken braucht, wodurch die Wirksamkeit des Verstärkers 10 verbessert wird.
  • Die Klemmschaltung 40 verhindert, daß die Spannung am Schaltungspunkt 32 auf eine Spannung abfällt, die es dem Transistor 34 ermöglichen würde, in Sättigung zu gehen. Während des Aufnahmevorgangs neigt die Spannung am Schaltungspunkt 24 dazu, gegen ein Massepotential abzunehmen. Die Spannung am Schaltungspunkt 32 nimmt auch zusammen mit der Spannung am Schaltungspunkt 24 ab, solange Strom durch die Diode 38 geleitet wird. Die Klemmschaltung 40 verhindert das Abnehmen der Spannung am Schaltungspunkt 32 bis auf einen Punkt, an dem der Transistor 34 in Sättigung geht. Die Spannung am Schaltungspunkt 46 liegt etwa zwei Diodenabfälle über dem Massepotential. Daher beginnt der Transistor 42 Strom an seinem Emitter zu leiten, wenn die Spannung am Schaltungspunkt 32 einen Diodenspannungsabfall über dem Massepotential erreicht. Hierdurch wird eine Untergrenze für die Spannung am Schaltungspunkt 32 festgelegt und verhindert, daß der Transistor 34 sättigt. Wenn die Klemmschaltung 40 zu leiten beginnt, nimmt der Spannungsabfall an der Diode 38 ab, und die Diode 38 beginnt demgemäß zu sperren.
  • Der Widerstand 36 steuert die Rate, mit der der Strom im Transistor 34 zunimmt. Bei niedrigen Strömen gleicht der Emitterstrom des Transistors 34 in etwa dem Emitterstrom des Transistors 22, wobei angenommen wird, daß die Emitterflächen der Transistoren 22 und 34 in einer Eins-zu-Eins-Beziehung skalieren. Bei einem hohen Strom verhindert der Widerstand 36 die lineare Zunahme des Emitterstroms im Transistor 34 mit dem Emitterstrom im Transistor 22. Hierdurch wird ermöglicht, daß die Ausgangsstufe 18 bei einem niedrigeren Vorspannungsstrom arbeitet, wenn sie Strom aufnimmt und die Spannung am Schaltungspunkt 24 niedrig ist, wodurch das Leiten der Klemmschaltung 40 erzwungen wird.
  • Die Ausgangsstufe 18 des Verstärkers 10 ist so konfiguriert, daß sie wenigstens zwei zusätzliche Vorteile bereitstellt. Erstens kann die Ausgangsstufe 18 in bezug auf ihren maximalen Ausgangsstrom auf einen niedrigen Ruhestrom vorgespannt werden. Hierdurch wird der Leistungsverbrauch verringert und die Wirksamkeit des Verstärkers 10 erhöht, so daß der Verstärker 10 mit den Anforderungen moderner Mikroleistungsanwendungen kompatibel ist. Zusätzlich verwendet die Ausgangsstufe 18 in ihrem Signalweg NPN-Transistoren zum Erreichen einer großen Bandbreite.
  • 2 ist ein Schaltplan, in dem eine andere Ausführungsform einer gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung aufgebauten und allgemein mit 110 bezeichneten Operationsverstärkerschaltung dargestellt ist. Unter Annahme von im schlimmsten Fall auftretenden NPN-Beta-Werten von etwa 30 und eines die Basis des Transistors 136 speisenden Vorspannungsstroms von 50 Mikroampere kann der Verstärker 110 einen Strom in der Größenordnung von 25 bis 30 Milliampere an eine Last 112 abgeben oder von dieser aufnehmen. Der Verstärker 110 arbeitet auch, verglichen mit dem maximalen Strom, den der Verstärker 110 aufnehmen kann, bei einem niedrigen Ruhestrom. Der Verstärker 110 gibt eine Spannung an die Last 112 aus, die im Bereich in etwa des Werts der Leistungsversorgung 146 bis hinab zu einem Massepotential liegt.
  • Der Verstärker 110 weist eine Verstärkerstufe 114 auf. Die Verstärkerstufe 114 kann eine beliebige von einer Anzahl herkömmlicher Eingangs- und Verstärkungsstufen umfassen, die eine geeignet hohe Verstärkung bereitstellen. Wie dargestellt ist, umfaßt die Verstärkerstufe 114 eine gefaltete BiCMOS-Kaskadenverstärkerstufe. Eine Eingangsspannung ist an die Eingangstransistoren 116 und 118 der Verstärkerstufe 114 angelegt. Die Transistoren 116 und 118 umfassen in einer herkömmlichen differentiellen Paarkonfiguration geschaltete PMOS-Transistoren. Der Verstärker 110 weist auch einen Stromspiegel 120 auf, der mehrere PMOS-Transistoren 122 aufweist. Der Stromspiegel 120 liefert einen Strom für den Betrieb des Verstärkers 110. Die Stromquelle 120 ist mit einer ersten Spannungsversorgung 124 gekoppelt. Die Verstärkerstufe 114 weist einen Ausgangstransistor 126 auf. Die Verstärkerstufe 114 liefert am Source-Anschluß des Transistors 126 an einem Schaltungspunkt 128 eine Ausgabe. Der Schaltungspunkt 128 ist mit einer Ausgangsstufe 130 des Verstärkers 110 gekoppelt.
  • Die Ausgangsstufe 130 gibt Strom an die Last 112 ab und nimmt Strom davon auf. Die Ausgangsstufe 130 weist eine Quellenschaltung 132 und einen Senkentransistor 134 auf. Wie dargestellt ist, weist die Quellenschaltung 132 einen ersten NPN-Sperrschicht-Bipolartransistor 136 und einen zweiten NPN-Sperrschicht-Bipolartransistor 138 auf. Die Transistoren 136 und 138 sind zur Bildung eines Darlington-Paars mit der Basis eines Abschaltwiderstands 140 gekoppelt. Durch geeignetes Dimensionieren des Widerstands 140 kann eine Übersprechverzerrung im Verstärker minimiert werden. Die Quellenschaltung 132 weist auch einen Sättigungsverhinderungstransistor 142 auf. Die Basis des Transistors 142 ist mit der Basis des Transistors 138 gekoppelt. Zusätzlich ist der Emitter des Transistors 142 mit der Basis des Transistors 136 gekoppelt. Schließlich ist der Kollektor des Transistors 142 mit dem Kollektor des Transistors 138 gekoppelt. Der Ausgang der Quellenschaltung 132 weist den Emitter des Transistors 138 an einem Schaltungspunkt 144 auf. Der Kollektor des Transistors 138 ist mit einer zweiten Spannungsversorgung 146 gekoppelt. Der Kollektor des Transistors 136 ist mit der ersten Spannungsversorgung 124 gekoppelt. Der Kollektor des Senkentransistors 134 ist mit dem Ausgangsschaltungspunkt 144 gekoppelt. Zusätzlich ist der Emitter des Transistors 134 mit einem Massepotential gekoppelt.
  • Die Basis des Transistors 136 ist mit der Stromquelle 120 gekoppelt. Die Ausgangsstufe 130 ist durch die Kombination aus der Quellenschaltung 132, der Senkenschaltung 134, der Stromquelle 120 und einer Spiegelschaltung 148 in der Lage, einen großen Strom in der Größenordnung von 25 bis 30 Milliampere abzugeben oder aufzunehmen. Die Spiegelschaltung 148 weist einen ersten NPN-Sperrschicht-Bipolartransistor 150 und einen zweiten NPN-Sperrschicht-Bipolartransistor 152 auf, die unter Bildung eines Darlington-Paars mit einem Basis-Abschaltwiderstand 154 gekoppelt sind. Die Basis des Transistors 150 ist mit dem Schaltungspunkt 128 am Ausgang der Verstärkerstufe 114 gekoppelt. Der Kollektor des Transistors 150 ist mit der Spannungsversorgung 124 gekoppelt. Der Emitter des Transistors 150 ist mit der Basis des Transistors 152 gekoppelt. Der Emitter des Transistors 152 ist über einen Widerstand 156 mit einem Massepotential gekoppelt. Der Kollektor des Transistors 152 ist über einen als Diode geschalteten Transistor 158 mit der Stromquelle 120 gekoppelt. Der Widerstand 156 ist so ausgewählt, daß er die Rate steuert, mit der der Strom in der Spiegelschaltung 148 während eines Aufnahmevorgangs zunimmt.
  • Die Spiegelschaltung 148 kann den Transistor 134 beim Aufnehmen eines Stroms von der Last 112 unterstützen. Eine Diode 160 ist zwischen den Ausgangsschaltungspunkt 144 und einen Schaltungspunkt 162 geschaltet. Die Diode 160 leitet Strom vom Ausgangsschaltungspunkt 144 zur Spiegelschaltung 148 am Schaltungspunkt 162, wenn die Spannung am Schaltungspunkt 162 um etwa einen Diodenspannungsabfall kleiner ist als die Spannung am Schaltungspunkt 144. Die Diode 160 kann beispielsweise eine geeignete Schottky-Diode umfassen. Die Diode 160 hat auch den zusätzlichen Vorteil, die Basis-Emitter-Übergänge der Transistoren 136 und 138 vor einer lawineninduzierten Beta-Beeinträchtigung zu schützen.
  • Eine Klemmschaltung 164 ist mit dem Schaltungspunkt 162 gekoppelt, um zu verhindern, daß der Transistor 152 der Spiegelschaltung 148 sättigt und der Basisstrom zum Transistor 134 verringert wird. Die Klemmschaltung 164 weist einen ersten NPN-Sperrschicht-Bipolartransistor 166 und einen zweiten NPN-Sperrschicht-Bipolartransistor 168 auf, die in einem Darlington-Paar mit einem Basis-Abschaltwiderstand 170 gekoppelt sind. Der Kollektor der Transistoren 166 und 168 ist mit der Versorgungsschiene 146 gekoppelt. Der Emitter des Transistors 168 ist mit dem Schaltungspunkt 162 gekoppelt. Die Basis des Transistors 166 ist mit der Stromquelle 120 am Schaltungspunkt 172 gekoppelt. Der erste, der zweite und der dritte als Diode geschaltete NPN-Sperrschicht- Bipolartransistor 174, 176 bzw. 178 ist zwischen den Schaltungspunkt 172 und ein Massepotential geschaltet.
  • Der Verstärker 110 weist auch eine zusätzliche Kompensationsschaltungsanordnung auf. Beispielsweise umfaßt die Spiegelschaltung 148 einen Kondensator 180, der zwischen den Kollektor und die Basis des Transistors 152 geschaltet ist, um eine Miller-Kompensation einer den Transistor 152 enthaltenden Nebenschleife vorzunehmen. In ähnlicher Weise ist ein Kondensator 182 zwischen den Kollektor und die Basis des Transistors 134 geschaltet, um die Kompensation zu unterstützen. Schließlich ist ein Kondensator 184 zwischen den Ausgangsschaltungspunkt 144 und die Verstärkerstufe 114 geschaltet. Beim Betrieb verstärkt der Verstärker 110 das Eingangssignal an den Eingangstransistoren 116 und 118, um ein Ausgangssignal für die Last 112 am Schaltungspunkt 144 zu erzeugen. Die Ausgangsstufe 130 kann entweder Strom an die Last 112 abgeben oder Strom von der Last 112 aufnehmen. Beim Abgeben von Strom an die Last 112 wird der Ausgang der Verstärkerstufe 114 auf eine Niederpotentialspannung am Schaltungspunkt 128 gebracht. Hierdurch wird veranlaßt, daß die Transistoren 150, 152 und 134 eine unerhebliche Strommenge leiten. Dies wird als der "Sperrzustand" der Transistoren 150, 152 und 134 bezeichnet. Es sei bemerkt, daß die Transistoren 150, 152 und 134 so gekoppelt sind, daß der Emitterstrom des Transistors 152 bei niedrigen Strompegeln im Transistor 134 in etwa gespiegelt oder repliziert wird. Weil der Transistor 150 ausgeschaltet ist, wird die Ausgabe der Stromquelle 120 am Transistor 158 in die Basis des Transistors 136 der Quellenschaltung 132 umgeleitet. Dadurch bewirkt die Ausgangsstufe 130 das Erzeugen eines Ausgangsstroms für die Last 112 am Schaltungspunkt 144, und die Spannung am Schaltungspunkt 144 steigt an. Die Spannung am Schaltungspunkt 144 kann soweit ansteigen, daß sie in etwa der Spannung an der Versorgungsschiene 146 gleicht, wobei sie nur durch die Sättigungsspannung des Transistors 138 begrenzt ist. Damit der volle Ausgangsausschlag verfügbar ist, muß die Spannung an der Versorgungsschiene 146 die Spannung an der Versorgungsschiene 124 um einen ausreichenden Betrag übersteigen, um die Basis-Emitter-Spannung der Transistoren 136 und 138 zu erzeugen und ausreichend Spielraum für das Arbeiten der Stromquelle 120 bereitzustellen. Beispielsweise kann die Versorgungsschiene 146 eine 3-Volt-Quelle umfassen, und die Versorgungsschiene 124 kann eine 5-Volt-Quelle umfassen. Durch die Verwendung zweier Spannungsversorgungen wird auch die Verlustleistung der Ausgangsstufe 130 verringert, wodurch die Wirksamkeit des Verstärkers 110 erhöht wird. Alternativ können die Versorgungsschienen 146 und 124 mit einer gemeinsamen Spannungsquelle gekoppelt werden. Gemäß dieser Konfiguration kann die Ausgangsspannung wegen des Spannungsabfalls an den Basis-Emitter-Übergängen der Transistoren 136 und 138 und der Spannungsanforderungen der Stromquelle 120 innerhalb von etwa zwei Volt der Versorgungsspannung schwingen.
  • Die Ausgangsstufe 130 kann auch als eine Stromsenke für die Last 112 wirken. Um als eine Senke zu wirken, veranlaßt die Ausgangsspannung der Verstärkerstufe 114 den Transistor 152, Strom zwischen seinem Kollektor und seinem Emitter zu leiten. Dies wird als der "Durchschaltzustand" des Transistors bezeichnet. Der Strom durch den Transistor 152 wird zumindest bei niedrigeren Strompegeln, bei denen der Spannungsabfall am Widerstand 156 vernachlässigbar ist, im Transistor 134 gespiegelt. Es sei bemerkt, daß die Größe der Transistoren 152 und 134 so skalieren kann, daß der Strom im Transistor 134 in einem ausgewählten Verhältnis zum Strom im Transistor 152 steht. Der Transistor 152 absorbiert Strom von der Stromquelle 120 durch den Transistor 158, wodurch die Spannung an der Basis des Transistors 136 verringert wird und die Transistoren 136 und 138 gesperrt werden. Die Spannung am Schaltungspunkt 162 fällt weiter ab, und die Diode 160 leitet Strom vom Schaltungspunkt 144 zum Schaltungspunkt 162, während die Ausgangsspannung am Schaltungspunkt 144 um etwa einen Diodenspannungsabfall über die Diode 160 größer ist als die Spannung am Schaltungspunkt 162. Auf diese Weise leitet die Diode 160 den Strom so zum Transistor 152 um, daß der Transistor 152 den Transistor 134 dabei unterstützt, Strom von der Last 112 aufzunehmen. Hierdurch wird verhindert, daß der Kollektorstrom des Transistors 152 verschwendet wird, wodurch die Wirksamkeit des Verstärkers 110 verbessert wird.
  • Die Klemmschaltung 164 verhindert, daß die Spannung am Schaltungspunkt 162 auf eine Spannung abfällt, die ermöglichen würde, daß der Transistor 152 in Sättigung geht. Während des Aufnahmevorgangs neigt die Spannung am Schaltungspunkt 144 dazu, zum Massepotential hin abzunehmen. Die Spannung am Schaltungspunkt 162 nimmt auch zusammen mit der Spannung am Schaltungspunkt 144 ab, solange Strom durch die Diode 160 geleitet wird. Die Klemmschaltung 164 verhindert, daß die Spannung am Schaltungspunkt 162 unter einen Diodenabfall über Masse abnimmt, wodurch das Sättigen des Transistors 152 verhindert wird. Die Spannung am Schaltungspunkt 172 liegt etwa drei Diodenabfälle über dem Massepotential. Daher beginnen die Transistoren 166 und 168, Strom zu leiten, wenn die Spannung am Schaltungspunkt 162 einen Diodenspannungsabfall über dem Massepotential erreicht. Hierdurch wird eine Untergrenze für die Spannung am Schaltungspunkt 162 erzeugt und verhindert, daß der Transistor 152 sättigt. Wenn die Klemmschaltung 164 zu leiten beginnt, verliert die Diode 160 an Vorspannung in Durchlaßrichtung und beginnt zu sperren.
  • Der Widerstand 156 steuert die Rate, mit der der Strom im Transistor 152 ansteigt. Bei niedrigen Strömen gleicht der Emitterstrom des Transistors 152 in etwa dem Emitterstrom des Transistors 134, wobei angenommen wird, daß die Emitterflächen der Transistoren 134 und 152 in einer Eins-zu-Eins-Beziehung skalieren. Bei einem hohen Strom verhindert der Widerstand 156, daß der Emitterstrom im Transistor 152 mit der gleichen Rate ansteigt wie der Emitterstrom im Transistor 134. Dies ermöglicht auch, daß die Ausgangsstufe 130 bei einem niedrigeren Vorspannungsstrom arbeitet, wenn sie Strom aufnimmt und die Spannung am Schaltungspunkt 144 niedrig ist, wodurch die Klemmschaltung 164 zum Leiten gezwungen wird.
  • Wenngleich die vorliegende Erfindung detailliert beschrieben wurde, ist zu verstehen, daß daran verschiedene Änderungen, Ersetzungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom durch die anliegenden Ansprüche definierten Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise können verschiedene NPN- und PMOS-Transistoren in den 1 und 2 gegen PNP- bzw. NMOS-Transistoren ausgetauscht werden. Die Polarität der Schaltungen 10 und 110 kann demgemäß geändert werden, um Verstärker mit einer negativen Spannungsausgabe bereitzustellen.

Claims (13)

  1. Ausgangsstufe für eine Verstärkerschaltung, welche aufweist: eine Stromquellen-Schaltungsanordnung (20), die in der Lage ist, einen Ausgangsstrom an eine externe Last (12) abzugeben, eine Stromquelle (29), die geschaltet ist, um der Stromquellen-Schaltungsanordnung (20) einen Betriebsstrom zuzuführen, eine Stromsenken-Schaltungsanordnung (22), die an die Stromquellen-Schaltungsanordnung (20) angeschlossen ist und in der Lage ist, einen Strom von der externen Last (12) aufzunehmen, wobei die Stromquellen-Schaltungsanordnung (20) und die Stromsenken-Schaltungsanordnung (22) einen gemeinsamen Ausgangsschaltungspunkt (24) aufweisen, mit dem beim Betrieb die externe Last (12) verbunden ist, wobei die Stromsenken-Schaltungsanordnung (22) eine Eingabeeinrichtung zum Empfangen eines Eingangssignals für die Ausgangsstufe aufweist, eine Stromspiegel-Schaltungsanordnung (34), die mit der Stromquelle (29) verbunden ist und eine Eingabeeinrichtung zum Empfangen des Eingangssignals für die Ausgangsstufe aufweist, welche in der Lage ist, einen in der Stromsenken-Schaltungsanordnung (22) fließenden Strom zu spiegeln und geschaltet ist, um den Spiegelstrom von dem Betriebsstrom der Stromquellen-Schaltungsanordnung (20) zu nehmen, wenn das Eingangssignal die Stromsenken-Schaltungsanordnung (22) veranlaßt, Strom aufzunehmen, eine Diode (38), die zwischen den gemeinsamen Ausgangsschaltungspunkt (24) und die Stromspiegel-Schaltungsanordnung (34) geschaltet ist, um die Stromspiegel-Schaltungsanordnung (34) zu veranlassen, Strom von der externen Last (12) aufzunehmen, wenn das Eingangssignal die Stromsenken-Schaltungsanordnung (22) veranlaßt, Strom aufzunehmen, eine Spannungsklemme (42, 44, 48, 50), die mit dem Schaltungspunkt (32) zwischen der Stromspiegel-Schaltungsanordnung (34) und der Diode (38) verbunden ist, um eine untere Spannungsgrenze für den Schaltungspunkt (32) zwischen der Stromspiegel-Schaltungsanordnung (34) und der Diode (38) festzulegen, eine erste Versorgungsschiene (28) zum Anschließen an eine erste Spannungsquelle, um der Stromquellenschaltung (20) und der Stromsenkenschaltung (22) Energie zuzuführen, und eine zweite Versorgungsschiene (30) zum Anschließen an eine von der ersten Spannungsquelle verschiedene zweite Spannungsquelle, um der Stromquelle (29) und der Stromspiegel-Schaltungsanordnung (34) Energie zuzuführen, so daß der Ausgangsspannungsausschlag der Ausgangsstufe etwa der Spannung der ersten Spannungsquelle gleicht.
  2. Ausgangsstufe nach Anspruch 1, wobei die Stromsenken-Schaltungsanordnung und die Stromquellen-Schaltungsanordnung NPN-Sperrschicht-Bipolartransistoren aufweisen.
  3. Ausgangsstufe nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Stromquellen-Schaltungsanordnung einen ersten NPN-Sperrschicht-Bipolartransistor aufweist, dessen Emitter an die Basis eines zweiten NPN-Sperrschicht-Bipolartransistors angeschlossen ist.
  4. Ausgangsstufe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Stromspiegel-Schaltungsanordnung einen NPN-Sperrschicht-Bipolartransistor mit einem Emitter-Lastwiderstand aufweist.
  5. Ausgangsstufe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Spannungsklemme aufweist: eine erste und eine zweite Diode, die in Reihe zwischen eine weitere Stromquelle und die Masse geschaltet sind, und einen NPN-Sperrschicht-Bipolartransistor, dessen Basis an den Schaltungspunkt zwischen den Dioden und der weiteren Stromquelle angeschlossen ist und dessen Emitter an die Stromspiegel-Schaltungsanordnung angeschlossen ist.
  6. Ausgangsstufe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Spannungsklemme aufweist: eine erste, eine zweite und eine dritte Diode, die in Reihe zwischen eine weitere Stromquelle und die Masse geschaltet sind, und ein Darlington-Paar von NPN-Sperrschicht-Bipolartransistoren, wobei die Eingangsbasis an den Schaltungspunkt zwischen den Dioden und der weiteren Stromquelle angeschlossen ist und der Ausgangsemitter an die Stromspiegel-Schaltungsanordnung angeschlossen ist.
  7. Ausgangsstufe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Stromspiegel-Schaltungsanordnung einen ersten NPN-Sperrschicht-Bipolartransistor aufweist, dessen Emitter an die Basis eines zweiten NPN-Sperrschicht-Bipolartransistors angeschlossen ist.
  8. Verstärkerschaltung, welche aufweist: eine Eingangsverstärkerstufe (14) mit einem Ausgang, einen ersten Transistor (20) zum Abgeben von Strom an eine externe Last (12), einen zweiten Transistor (22) zum Aufnehmen von Strom von der externen Last (12), wobei ein erster Stromführungsanschluß des ersten Transistors (20) an einen zweiten Stromführungsanschluß des zweiten Transistors (22) angeschlossen ist, um einen gemeinsamen Ausgangsschaltungspunkt (24) zum Anschließen an die externe Last zu bilden, einen dritten Transistor (34), der einen Steueranschluß aufweist, welcher an einen Steueranschluß des zweiten Transistors (22) angeschlossen ist, so daß der Strom im dritten Transistor (34) den Strom im zweiten Transistor (22) während eines Stromaufnahmevorgangs in etwa spiegelt, eine Stromquelle (29), die an einen Steueranschluß des ersten Transistors (20) und einen zweiten Stromführungsanschluß des dritten Transistors (34) angeschlossen ist, wobei der dritte Transistor (34) in der Lage ist, ansprechend auf eine erste vorbestimmte Ausgabe der Eingangsverstärkerstufe (14) Strom von der Stromquelle (29) von dem ersten Transistor (20) abzuziehen, wenn der zweite Transistor (22) Strom von der externen Last (12) aufnimmt, wobei der dritte Transistor (34) in der Lage ist, die Stromquelle (29) ansprechend auf eine zweite vorbestimmte Ausgabe der Eingangsverstärkerstufe (14) zu veranlassen, dem ersten Transistor (20) Strom zuzuführen, so daß der erste Transistor (20) der externen Last (12) Strom zuführt, eine Diode (38), die zwischen den gemeinsamen Ausgangsschaltungspunkt (24) und den zweiten Stromführungsanschluß des dritten Transistors (34) geschaltet ist, um den dritten Transistor (34) zu veranlassen, Strom von der externen Last (12) aufzunehmen, wenn die Ausgabe der Eingangsverstärkerstufe (14) den zweiten Transistor (22) veranlaßt, Strom aufzunehmen, eine Spannungsklemme (42, 44, 48, 50), die an den Schaltungspunkt (32) zwischen dem zweiten Stromführungsanschluß des dritten Transistors (34) und der Diode (38) geschaltet ist, um eine untere Spannungsgrenze für den Schaltungspunkt (32) zwischen dem zweiten Stromführungsanschluß des dritten Transistors (34) und der Diode (38) festzulegen, eine erste Versorgungsschiene (28) zum Anschließen an eine erste Spannungsquelle, um dem ersten und dem zweiten Transistor Energie zuzuführen, und eine zweite Versorgungsschiene (30) zum Anschließen an eine von der ersten Spannungsquelle verschiedene zweite Spannungsquelle, um der Stromquelle und dem dritten Transistor Leistung zuzuführen, so daß der Ausgangsspannungsausschlag der Verstärkerschaltung in etwa der Spannung der ersten Spannungsquelle gleicht.
  9. Verstärkerschaltung nach Anspruch 8, welche weiter aufweist: einen Widerstand, der in Reihe mit einem ersten Stromführungsanschluß des dritten Transistors geschaltet ist.
  10. Verstärkerschaltung nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Spannungsklemme aufweist: eine erste und eine zweite Diode, die in Reihe zwischen eine Stromquelle und ein Massepotential geschaltet sind, und einen NPN-Sperrschicht-Bipolartransistor, dessen Basis an den Schaltungspunkt zwischen den Dioden und der Stromquelle angeschlossen ist und dessen Emitter an den Kollektor des dritten Transistors angeschlossen ist.
  11. Verstärkerschaltung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei der erste Transistor ein Transistorpaar umfaßt, bei dem der Emitter eines Transistors mit der Basis des anderen Transistors verbunden ist und der dritte Transistor die gleiche Konfiguration wie der erste Transistor aufweist.
  12. Verfahren zum Steuern eines Ausgangsstroms einer Verstärkerschaltung mit einer Stromquellenschaltung (20) und einer Stromsenkenschaltung (22), die an einen gemeinsamen Ausgangsschaltungspunkt (24) angeschlossen sind, welches die folgenden Schritte aufweist: Erzeugen eines Steuerausgangssignals in einer Eingangsverstärkerstufe (14) der Verstärkerschaltung ansprechend auf eine Eingabe in die Verstärkerschaltung (14), Zuführen des Steuerausgangssignals zu einer Stromspiegelschaltung (34, 36), die den Strom in der Stromsenkenschaltung (22) spiegelt, Abziehen von Strom von einer Stromquelle (29) der Verstärkerschaltung fort von der Stromquellenschaltung (20) zur Stromspiegelschaltung (34, 36) ansprechend auf einen ersten Wert des Steuerausgangssignals, so daß der Verstärker einen Strom von einer externen Last (12) aufnimmt, Zuführen von Strom von der Stromquelle (29) zu der Stromquellenschaltung (20) ansprechend auf einen zweiten Wert des Steuerausgangssignals, so daß der Verstärker Strom an die externe Last (12) abgibt, Bereitstellen einer Diode (38), die zwischen den gemeinsamen Ausgangsschaltungspunkt (24) und die Stromspiegelschaltung (34, 36) geschaltet ist, um die Stromspiegelschaltung (34, 36) ansprechend auf den ersten Wert des Steuerausgangssignals zu veranlassen, Strom von der externen Last (12) aufzunehmen, Bereitstellen einer Spannungsklemme (42, 44, 48, 50), die an einen zweiten Stromführungsanschluß eines Transistors (34) der Stromspiegelschaltung (34, 36) angeschlossen ist, Bereitstellen einer ersten Spannungsquelle (V2) zum Zuführen von Energie zur Stromquellenschaltung (20) und zur Stromsenkenschaltung (22) und Bereitstellen einer zweiten Spannungsquelle (V1), die von der ersten Spannungsquelle (V2) verschieden ist, um der Stromquelle (29) und der Stromspiegelschaltung (34, 36) Energie zuzuführen, so daß der Ausgangsspannungsausschlag der Verstärkerschaltung in etwa der Spannung der ersten Spannungsquelle (V2) gleicht.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem weiterhin der Hochstrombereich des Transistors (34) der Stromspiegelschaltung (34, 36) durch einen Widerstand (36) begrenzt wird, der an den ersten Stromführungsanschluß des Transistors (34) angeschlossen ist.
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