DK150774B - Integreret forstaerkerkobling - Google Patents

Description

i 150774

Opfindelsen angår en integreret forstærkerkob-ling af den art, der omfatter en første og en anden transistor, hvis baser er forbundet med en indgang til forstærkerkoblingen, og hvis emittere er forbundet med 5 hinanden, og hvis kollektorer er forbundet dels med en udgang fra forstærkerkoblingen, hvilken udgang er belastet med en udgangsimpedans, dels med en fødeterminal gennem en belastningskreds, hvilken belastningskreds med henblik på forøgelse af forstærkning ved høje frekvenser 10 omfatter en tredje og den fjerde transistor af samme ledningstype som den første og den anden transistor, idet hovedstrømstrækningen for nævnte tredje og nævnte fjerde transistor er koblet i serie med hovedstrømstrækningen for henholdsvis den første og den anden transistor, idet 15 emitteren i henholdsvis den tredje og den fjerde transistor er forbundet med kollektoren i henholdsvis den første og den anden transistor, medens kollektoren i henholdsvis den tredje og den fjerde transistor er forbundet med fødeterminalen gennem henholdsvis en første 20 og en anden impedans, hvorhos en tredje og den fjerde impedans er indskudt i basiskredsen til henholdsvis den tredje og den fjerde transistor.

En sådan forstærkerkobling kendes fra en artikel af J. Choma i IEE Proceedings, bind 127, nr. 2, april 25 1980, side 61-66 under titlen "Actively peaked broad-banded monolithic amplifier", jf. navnlig fig. 7. I en sådan forstærkerkobling benyttes den induktive natur af den tredje og den fjerde transistor, hvis basiskreds omfatter den tredje og den fjerde impedans til at fremhæve 30 forstærkningen ved givne frekvenser med henblik på at kompensere for faldet ved de høje frekvenser på grund af transistorens karakteristik og/eller spredningskapaciteter eller endog for at fremhæve forstærkertrinnets forstærkningsfaktor ved givne frekvenser. Baserne i nævnte 55 tredje og nævnte fjerde transistor er da forbundet med et punkt på konstant potential gennem nævnte tredje og fjerde impedans.

Til forskellige anvendelser som højfrekvensfor- 2 150774 stærker, f.eks. tuneren 1 en fjernsynsmodtager, bør forstærkeren ikke have nogen lavfrekvensforstærkning. Som følge af jævnspændings- eller lavfrekvensforstærkning vil enhver ankommende jævnspænding, der skyldes uensar-5 tet indstilling af den første og den anden transistor eller hidrører fra kredse, der ligger foran den første og den anden transistor optræde i forstærket form på udgangen, således at en jævnstrømskobling til en efterfølgende kreds med differential indgang ikke nemt kan gennem-10 føres. Dette kan løses ved kapacitiv kobling til den næste kreds men det har den ulempe, at den integrerede kreds skal forsynes med yderligere terminaler til tilslutning af de fornødne to kondensatorer, at der kræves eksterne komponenter, at der som følge heraf kan være 15 højfrekvent stråling, og at risikoen for ustabilitet herved forøges. En anden mulig løsning går ud på at undertrykke jævnstrømsforstærkningen ved hjælp af en negativ, lavfrekvent tilbagekobling gennem en RC-kreds, der i det mindste delvis består af eksterne komponenter, hvilket 20 indebærer de samme ulemper.

På grund af de nævnte ulemper er det vanskeligt på et enkelt halvlederunderlag at kombinere følsomme højfrekvensforstærkere med andre kredse såsom frekvens-delere eksempelvis til fjernsynstunere.

25 Med henblik på en kombination med andre kredse på et enkelt halvlederunderlag er det desuden vigtigt mest muligt at reducere antallet af komponenter og varmetabene .

Opfindelsen tager sigte på en forstærkerkobling 30 af den indledningsvis nævnte art, hvori jævnspændingsforstærkningen undertrykkes uden behov for eksterne komponenter og med et minimalt antal komponenter og minimale varmetab.

Med henblik herpå er en forstærkerkobling ifølge 35 opfindelsen ejendommelig ved, at basen i den tredje transistor er tilkoblet den fjerde transistors kollektor gennem nævnte tredje impedans, og at basen i den fjerde transistor er tilkoblet den tredje transistors kollektor 3 150774 gennem nævnte fjerde impedans.

Foranstaltningerne ifølge opfindelsen undertrykker jævnspændingsforstærkningen ved, at en variation af jævnstrømmen i en af kollektorkredsene til den første og 5 den anden transistor kan opveje spændingsvariationen på kollektoren på den anden af nævnte to transistorer på grund af krydskoblingen mellem den tredje og den fjerde transistor. På grund af den induktive natur af den tredje og den fjerde transistor vil højfrekvensforstærkningen 10 herved ikke blive undertrykt, således at impedansen af den belastningskreds, der udgøres af den tredje og den fjerde transistor vokser med frekvensen,og signalstrømmen passerer gennem en belastning mellem kollektorerne i den første og den anden transistor. Foranstaltningerne ifølge 15 opfindelsen fører desuden til, at der ikke kræves yderligere komponenter, og at antallet af komponenter endog reduceres,eftersom den fornødne jævnstrømsforspænding til baserne i den tredje og den fjerde transistor i den kendte kreds nu er gjort overflødig.

20 Opfindelsen forklares nærmere i det følgende un der henvisning til den skematiske tegning, der viser en forstærkerkobling ifølge opfindelsen.

Forstærkerkoblingen omfatter en første transistor T1 og en anden transistor hvilke transisto- 25 rer er koblet som differensforstærker, idet emitterne er koblet til en ubelastet strømkilde 6, der afgiver en strøm 21. Baserne er forbundet med indgangene 1,2. Kollektorerne har forbindelse med udgange henholdsvis 3 og 4 mellem hvilke der er indskudt en belastning 30 11 i form af en modstand R^, hvilken belastning 11 kan udgøres af indgangen til en efterfølgende kreds. Kollektorerne i transistorerne og er forbundet med en fødeterminal 5 gennem emitter-kollektorstræknin-gen i transistorer henholdsvis og i serie med 35 impedanser henholdsvis 7 og 8, hvilke impedanser i det foreliggende udførelseseksempel udgøres af en modstand R . Basen i transistoren T_ er tilsluttet kol-c 3 lektoren i transistoren T4 gennem en impedans 10, i 4 150774 det foreliggende udførelseseksempel en modstand R medens basen i transistoren T^ er tilsluttet kollekto-ren i transistoren Tg gennem en impedans 9, der i det foreliggende udførelseseksempel udgøres af en mod-5 stand R^.

For jævnstrømme og relativt lavfrekvente signalstrømme er emitterindgangsimpedansen til transistorerne Tg og relativt lille i forhold til belastningen 11. Derfor vil kollektorjævnstrømmene og de lavfrekven-10 te vekselstrømme i transistorerne og Tg i hoved sagen passerer gennem emitter-kollektorstrækningerne i transistorerne Tg og .

Hvis strømmene i kollektorstrækningerne for transistorerne og Tg er henholdsvis I+i og 15 I-i, hvor i er den komposant, der skyldes en jævnspændingsforskel 2V^ på indgangen eller en uensartet-hed i transistorerne og Tg, fører jævnstrømskom- posanten i til følgende relation for spændingen Vu på udgangsterminalen 3 - med modsat fortegn for spæn-20 dingen på udgangsterminalen 4: V = ir + R, Tf— + R ^--iR +-I R , u o η β c β c β c' hvor β er strømforstærkningsfaktoren for transistorerne Tg og og rQ den differentiale jævnstrøms- 25 modstand for basis-emitterovergangene i transistorerne og T^. Denne spænding omfatter således spæn dingen irQ over basis-emitterovergangen i transistoren Tg, den spænding 1(¾ + R^/β, der skyldes transistoren Tg* s basisstrøm i impedanserne 10 og 8, og den 30 spænding iRc(l - ), der skyldes transistoren Tg's kollektorstrøm gennem impedansen 7. Denne spænding, der skyldes den differentiale jævnstrømskomposant i kan gøres lig med nul ved passende valg af de forskellige parametre, således at 35 ro + — - (1 - T )EC = ° 150774 5

Hvis rQ = vil kravet om undertrykkelse af forskellen i jævnspænding på udgangen være opfyldt såfremt: 1 (1 - r)Ro - t =25 mv· 5 Disse krav kan nemt opfyldes ved passende valg af de tre parametre I, Rc og R^, som man frit kan vælge. Dette giver tilstrækkelig frihed til optimalisering af kredsens egenskaber i de høje frekvenser uden ugunstig indvirkning på undertrykkelsen af jævnspændingsforskel-10 len.

For højfrekvente signalstrømme vil emitterind-gangsimpedansen til transistorerne og , der, når de kobles som vist har induktiv natur, vokse, således at der over udgangsimpedansen 11 opnås en forstær-15 ket signalspænding.

I den viste forstærkerkobling kan basisjævn- · strømmen gennem basismodstandene 9 og 10 reduceres ved hjælp af et Darlington-par for transistorerne og . Et yderligere trin til optimalisering af kob-20 lingens egenskaber ved de høje frekvenser og overfor jævnstrømmen mere eller mindre uafhængigt af hinanden går ud på at placere Miller-kapacitanser over transistorerne og T^. Alternativt kan der anbringes yderligere modstande i kollektorstrækningerne for tran-25 sistorerne T3 og T4 mellem kollektorerne og tilslutning spunkterne for basismodstandene 9 og 10.