NL7903963A

NL7903963A - INTEGRATED POWER AMPLIFIER.

Info

Publication number: NL7903963A
Application number: NL7903963A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1979-05-21
Filing date: 1979-05-21
Publication date: 1980-11-25
Also published as: IT8022156A0; DE3019125A1; IT1130603B; JPS55154811A; GB2050100A; FR2457597A1

Description

t N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.t N.V. Philips' Incandescent lamp factories in Eindhoven.

11-5-1979 1 PHN 94585/11/1979 1 PHN 9458

Geïntegreerde eindversterker.Integrated power amplifier.

De uitvinding heeft betrekking op een geïntegreerde eindversterkertrap met een eerste en een tweede voedings-aansluitpunt en een uitgangsaansluitpunt omvattende een eerste eindtransistor waarvan de emitter verbonden is met 5 het uitgangsaansluitpunt en de kollektor met het eerste vo e ding saans lui. tpunt, een tweede eind trans is tor waarvan de hoofdstroombaan is opgenomen tussen het uitgangsaansluitpunt en het tweede voedingsaansluitpunt, een rust-stroominstelschakeling verbonden met de basiselektrode 10 van de eerste transistor en een stroombron voor het leveren van gelijkstroom aan de ruststroominstelschakeling en opgenomen tussen de basiselektrode van de eerste transistor en het eerste voedingsaansluitpunt.The invention relates to an integrated power amplifier stage having a first and a second power supply terminal and an output terminal comprising a first end transistor, the emitter of which is connected to the output terminal and the collector to the first power supply. t point, a second end transistor whose main current path is included between the output terminal and the second power terminal, a quiescent current setting circuit connected to the base electrode 10 of the first transistor and a current source for supplying DC current to the quiescent current setting circuit and included between the base electrode of the first transistor and the first power supply terminal.

Een dergelijke geïntegreerde eindversterkertrap is 15 onder andere bekend uit het Amerikaans Octrooi- schrift 4.078.207.Such an integrated power amplifier stage is known, inter alia, from US Patent 4,078,207.

In tegenstelling tot goed gedimensioneerde eindver-sterkertrappen, die opgebouwd zijn met discrete componenten blijken geïntegreerde eindversterkertrappen bij oversturing 20 aanleiding te geven tot dusdanige vervormingen dat hoogfrequente. storingen ontstaan die bij toepassing van dergelijke eindvers terker trappen in radio ontvangers via een ingebouwde ferrietantenne terugspreken op de ingang van de versterker.Contrary to well-dimensioned power amplifier stages, which are built up with discrete components, integrated power amplifier stages when overdriven appear to give rise to distortions such as high-frequency. disturbances arise which, when such power amplifier stages in radio receivers are applied, are reflected back to the input of the amplifier via a built-in ferrite antenna.

25 Volgens een aan de uitvinding ten grondslag liggend 790 3 9 63 I i 11-5-1979 2 PHN 9458 .....— inzicht wordt dit veroorzaakt door het feit dat bij geïntegreerde versterkers de stroomversterkingsfaktor sterk aan spreiding onderhevig is. Aan de genoemde stroombron die stroom levert aan de ruststroominstelschakeling wordt de 5 basisstroom voor de eerste transistor onttrokken. Deze basisstroom neemt toe met toenemende uitgangsstroom en kan bij een bepaalde uitgangsstroom gelijk worden aan de stroom van die stroombron. De uitsturing waarbij de stroom van de stroombron volledig door de basisstroom van de eerste tran-10 sistor wordt opgenomen en waarbij verdere uitsturing niet meer mogelijk is moet bij een goed ontwerp zo gekozen worden, dat de gezien de belaating maximale uitsturing waarbij de eerste transistor tegen de voedingsspanning vastloopt, bereikt kan worden en met het oog op een minimale dissipa-I5 tie moet de stroom waarop de stroombron is ingesteld ook niet groter zijn dan nodig is om die maximale uitsturing mogelijk te maken, gekozen worden. De meest optimale situatie is die waarbij op het moment dat de eerste transistor vastloopt, de basisstroom van die eerste transistor gelijk is aan de door die stroombron geleverde stroom. Deze optimale instelling blijkt in de praktijk bij geïntegreerde versterkers niet haalbaar. Bij het ontwerp dient rekening gehouden te worden met de kleinst uitvallende stroomver-sterkingsfactor van de eerste transistor en indien tenein- nc de de stroombron op een zeer lage stroom te kunnen instellen een Darlingtonconfiguratie in plaats van de eerste transistor gekozen wordt, met het kwadraat van de kleinste bij het gekozen integratieproces voorkomende stroomversten-kingsfactor, teneinde in elk geval een maximaal uitgangs-vermogen te realiseren.According to an underlying principle of the invention 790 3 9 63 I 11-5-1979 2 PHN 9458 ..... this is caused by the fact that with integrated amplifiers the current amplification factor is highly spread. The base current for the first transistor is extracted from said current source which supplies current to the quiescent current setting circuit. This base current increases with increasing output current and at a given output current can equal the current of that current source. The control in which the current from the current source is completely absorbed by the base current of the first transistor and in which further control is no longer possible must be chosen in a good design so that, given the load, the maximum control in which the first transistor is counteracted. the supply voltage freezes, can be reached and, in order to minimize dissipation, the current to which the power source is set should also not be greater than is necessary to enable that maximum drive. The most optimal situation is that where the base current of that first transistor is equal to the current supplied by that current source when the first transistor freezes. In practice, this optimum setting is not feasible with integrated amplifiers. The design should take into account the smallest current amplification factor of the first transistor and if the current source is to be set to a very low current, a Darlington configuration instead of the first transistor is chosen, with the square of the smallest current amplification factor occurring in the chosen integration process, in order to at least realize a maximum output power.

Hierdoor blijkt, afhankelijk van de uiteindelijke en per geïntegreerde versterker verschillende stroomversterkingsfaktor , dat de stroombron op een tot soms een faktor vier te hoge stroom is ingesteld en in het geval 35 dat een Darlingtonconfiguratie gebruikt wordt zelfs een faktor 16, waardoor er bij het vastlopen van de eerste transistor de stroombron nog een overmaat aan stroom levert. Hierdoor loopt de eerste transistor bij maximale ' 7903963 -i 11-5-1979 3 PHN 9458 uitsturing veel scherper vast dan het geval geweest zou zijn bij een optimale instelling van de stroombron waardoor de met dat vastlopen gepaard gaande vervorming van het uitgangssignaal veel meer en sterkere hoogfrequent 5 componenten bevat dan het het geval geweest zou zijn bij een optimale instelling van de stroombron.As a result, depending on the final and different amplifier amplification factor that differs per integrated amplifier, it appears that the current source is set to one or sometimes a factor four too high current and in the case of a Darlington configuration even a factor 16 is used, so that when a the first transistor supplies the current source with an excess of current. As a result, the first transistor freezes much more sharply at maximum 7903963 -1-5 11-1979 3 PHN 9458 control than would have been the case with an optimum setting of the current source, so that the distortion of the output signal associated with that jamming is much more and contains stronger high-frequency 5 components than it would have been with optimal setting of the power source.

De uitvinding beoogt een geïntegreerde eindverster-kertrap van het in de aanhef genoemde type waaraan genoemde problemen in veel mindere mate kleven.The object of the invention is to provide an integrated power amplifier stage of the type mentioned in the preamble, to which the problems mentioned relate to a much lesser extent.

10 De uitvinding heeft daartoe als kenmerk, dat parallel aan de basisemitterovergang van de eerste transistor een eerste halfgeleiderovergang is opgenomen met dezelfde doorlaatinrichting als de basis-emitterovergang van de eerste transistor waardoor de stroomversterkingsfaktor van 15 de combinatie van de eerste transistor en de eerste halfgeleiderovergang hoofdzakelijk bepaald wordt door de verhouding van de effektieve oppervlakten van beide overgangen, waarbij deze verhouding aanmerkelijk groter dan één doch kleinere dan de stroomversterkingsfaktor van de eerste 20 transistor gekozen is.The invention is therefore characterized in that parallel to the base emitter junction of the first transistor a first semiconductor junction is incorporated with the same transmission device as the base emitter junction of the first transistor, so that the current amplification factor of the combination of the first transistor and the first semiconductor junction mainly is determined by the ratio of the effective areas of both transitions, this ratio being selected to be significantly greater than one but less than the current amplification factor of the first transistor.

De combinatie van de eerste transistor en de eerste halfgeleiderovergang, die in de praktijk meestal door een transistor met kortgesloten kollektor-basisovergang gevormd wordt, vormt een stroomspiegel waarvan de stroomverster-25 kingsfaktor door een oppervlakte verhouding bepaald wordt.The combination of the first transistor and the first semiconductor junction, which in practice is usually formed by a transistor with a shorted collector-base junction, forms a current mirror whose current amplification factor is determined by an area ratio.

Daar oppervlakteverhoudingen in geïntegreerde schakelingen nauwelijks aan spreiding onderhevig zijn kan door toepassing van de maatregel volgens de uitvinding de stroom-sterkte van de eerste stroombron veel dichter bij de opti-30 male instelling gekozen worden. Dat de aldus gevormde stroomspiegel een stroomversterkingsfaktor veel groter dan één dient te hebben vormt in dit geval geen enkel probleem daar de eerste transistor in de geïntegreerde schakeling alleen al uit vermogensoogpunt een groot oppervlak beslaat.Since surface ratios in integrated circuits are hardly subject to spreading, by applying the measure according to the invention the current strength of the first current source can be chosen much closer to the optimum setting. The fact that the current mirror thus formed should have a current amplification factor much larger than one does not pose any problem in this case, since the first transistor in the integrated circuit covers a large area from a power point of view alone.

ococ

Door toepassing van de maatregel volgens de uitvinding treedt een extra effekt op dat genoemde storingen nog verder reduceert. Het blijkt dat de inwendige basisweerstand van de eerste transistor bij grote basis stromen een 790 3 9 63 11-5-1979 4 PHN 9458 i t, ---------- niet te verwaarlozen spanningsverlies veroorzaakt. Tengevolge van dit spanningsverlies neemt de stroomverster-kingsfaktor van de combinatie van de eerste halfgeleider-overgang en de eerste transistor bij hoge uitgangsstromen 5 af, hetgeen een gunstig effect heeft op de genoemde vervormingen .By applying the measure according to the invention an additional effect occurs that the said disturbances are reduced even further. It appears that the internal base resistance of the first transistor at large base currents causes a 790 3 9 63 11-5-1979 4 PHN 9458 i t, ---------- negligible voltage drop. As a result of this voltage drop, the current amplification factor of the combination of the first semiconductor junction and the first transistor at high output currents 5 decreases, which has a favorable effect on said distortions.

Een geïntegreerde eindversterkertrap volgens de uitvinding waarbij tussen de stroombron en de basiselektrode van de eerste transistor de basis-emitterovergang van een 10 derde transistor die met de eerste transistor in Darling-tonschakeling is geschakeld, is opgenomen wordt nader gekenmerkt, doordat parallel aan de basis-emitterovergang van de derde transistor een tweede halfgeleiderovergang is opgenomen met dezelfde doorlaatrichting als de basis-emit-15 terovergang van de derde transistor waardoor de stroomver-sterkingsfaktor van de combinatie van de derde transistor en de tweede halfheleiderovergang hoofdzakelijk bepaald wordt door de verhouding van de effektieve oppervlakten van beide overgangen, waarbij deze verhouding aanmerkelijk 20 groter dan één doch kleiner dan de stroomversterkingsfaktor van de derde transistor gekozen is.An integrated power amplifier stage according to the invention, in which the base-emitter junction of a third transistor connected to the first transistor in Darling-ton circuit is included between the current source and the base electrode of the first transistor, is further characterized in that parallel to the base emitter junction of the third transistor a second semiconductor junction is included with the same forward direction as the base emitter junction of the third transistor, whereby the current amplification factor of the combination of the third transistor and the second semiconductor junction is mainly determined by the ratio of the effective areas of both transitions, this ratio being selected to be significantly greater than one but less than the current amplification factor of the third transistor.

Een alternatief hiervoor bij een geïntegreerde eindvers terker trap volgens de uitvinding waarbij tussen de stroombron en de basiselektrode van de eerste transistor 25 de basis-emitterovergang van een derde transistor, die met de eerste transistor in Darlingtonschakeling is geschakeld, is opgenomen kan nader worden gekenmerkt, doordat de stroombron een begraven weerstand omvat en middelen voor het aanleggen van een vaste spanning over die begraven on weerstand waardoor de stroom die door de stroombron geleverd wordt omgekeerd evenredig is met de weerstandswaarde van die begraven weerstand, welke begraven weerstand gevormd wordt door een-diffusie van hetzelfde type als de basis diffusie van de derde transistor, waaroverheen een 35 diffusie van hetzelfde type als emitterdiffusie van de derde transistor is aangebracht. *An alternative to this with an integrated power amplifier stage according to the invention, in which the base-emitter junction of a third transistor, which is connected with the first transistor in Darlington circuit, is included between the current source and the base electrode of the first transistor 25, can be further characterized, in that the current source includes a buried resistor and means for applying a fixed voltage across that buried resistance, whereby the current supplied by the current source is inversely proportional to the resistance value of that buried resistor, which buried resistor is formed by a diffusion of the same type as the base diffusion of the third transistor, over which a diffusion of the same type as the emitter diffusion of the third transistor is arranged. *

Door deze maatregel varieert de stroom die door de “stroombron wordt geleverd, welke stroom omgekeerd evenredig 7903963 11-5-1979 5 ΡΗΝΓ 9^58 is met de weer standswaarde van die begraven weerstand waarvan de weerstandswaarde varieert met de variatie van de stroomversterkingsfaktor van de derde transistor tengevolge van procesvariaties, omgekeerd evenredig met de 5 stroomversterkingsfaktor van de derde transistor waardoor de variaties in stroomversterkingsfaktor gecompenseerd worden. Deze maatregel is alleen bruikbaar voor het compenseren van de versterkingsfaktor-procesvariaties van één transistor. Bij een geïntegreerde versterkingstrap van het in 10 de aanhef genoemde type is compensatie als alternatief ook met toepassing van deze mogelijkheid mogelijk en wordt daartoe gekenmerkt, doordat de stroombron een begraven weerstand omvat en middelen voor het aanleggen van een vaste spanning over die begraven weerstand waardoor de 15 stroom die door de stroombron geleverd wordt omgekeerd evenredig is met de weerstandswaarde van die begraven weerstand, welke begraven weerstand gevormd wordt door een diffusie van hetzelfde type als de basisdiffusie van de eerste transistor, waaroverheen een diffusie van hetzelfde 20 type als de emitterdiffusie van de eerste transistor is aangebracht.Due to this measure, the current supplied by the current source varies, which current is inversely proportional to the resistance value of that buried resistor, the resistance value of which varies with the variation of the current amplification factor of the 7903963 11-5-1979 5 ΡΗΝΓ 9 ^ 58. third transistor due to process variations, inversely proportional to the third transistor's current amplification factor thereby compensating for the variations in current amplification factor. This measure is useful only to compensate for the gain factor process variations of one transistor. In an integrated amplification stage of the type mentioned in the preamble, alternative compensation is also possible using this possibility and is characterized for this purpose in that the current source comprises a buried resistor and means for applying a fixed voltage across that buried resistor, so that the Current supplied by the current source is inversely proportional to the resistance value of that buried resistor, which buried resistor is formed by a diffusion of the same type as the base diffusion of the first transistor, over which a diffusion of the same type as the emitter diffusion of the first transistor is applied.

De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van de tekening waarin:The invention will be explained in more detail with reference to the drawing, in which:

Figuur 1 een eerste uitvoeringsvorm van een geinte-25 greerde eindversterkertrap volgens de uitvinding toont, Figuur 2 een modificatie van de eindverstertrap volgens figuur 1 waarbij een verdere maatregel volgens de uitvinding is toegepast,Figure 1 shows a first embodiment of an integrated power amplifier stage according to the invention, Figure 2 shows a modification of the power amplifier stage according to Figure 1 in which a further measure according to the invention has been applied,

Figuur 3 een schematiscle voorstelling van een geïntegreerde begraven weerstand en een geïntegreerde transistor toont.Figure 3 shows a schematic representation of an integrated buried resistor and an integrated transistor.

Figuur 1 toont een uitvoeringsvorm van een geïntegreerde eindversterkertrap volgens de uitvinding. Deze omvat een eerste eindtransistor T waarvan de kollektorelek- 35 ^ trode met een aansluitpunt +V voor positieve voedings-Figure 1 shows an embodiment of an integrated power amplifier stage according to the invention. It includes a first end transistor T whose collector electrode has a terminal + V for positive power supply.

Jj spanning is verbonden en de emitterelektrode met een uit-gangsaansluitpunt 1. De basiselektrode van de transistor is met de emitterelektrode van een transistor verbonden 790 3 9 63 1 ·, 1 -j-:-1 11-5-1979 6 PHN 9458 I -- ! I- die samen met transistor T. in Darlingtonconfiguratie is-1 I * * j geswhakéld. Tussen de basiselektrode van transistor T en j 3 i ! bet voedingsaansluitpunt +V,.. is een ruststroominstelstroom-bron 3> die een stroom I voert, op genomen.Jj voltage is connected and the emitter electrode is connected to an output terminal 1. The base electrode of the transistor is connected to the emitter electrode of a transistor 790 3 9 63 1, 1 -j -: - 1 11-5-1979 6 PHN 9458 I -! I- which is shaken together with transistor T. in Darlington configuration-1 I * * j. Between the base electrode of transistor T and j 3 i! The supply terminal + V, .., a quiescent current setting current source 3> which carries a current I, is included.

5 In dit voorbeeld is de maatregel volgens de uitvin ding toegepast bij een zogenaamde quasi-complementaire eindtrap, die ontstaat door bet uitgangsaanaluit 1 via de hoofdstroombaan van npn-transistor T2 met een voedingsaansluitpunt -V voor negatieve voedingsspanning te ver-! 10 binden. De basis elektrode van transistor T_ is met de 1 kollektorelektrode van pnp-transistor T^ verbonden, waar- j ; van de emitterelektrode met uitgangsaansluitpunt 1 is i i ! 1 verbonden. De eindtrap wordt op ruststroom ingesteld door- ί j dat tussen de basiselektroden van transistoren T^ en T^ in j 15 dit voorbeeld een drietal dioden D^, D^ en D^ is opgenomen door welke dioden ruststroom vloeit. Tussen de basiselek- ; j : | trode van transistor T^ en het negatieve voedingsaansluit- ; I punt -V_ is de hoofdstroombaan van stuurtransistor T_,In this example, the measure according to the invention has been applied to a so-called quasi-complementary output stage, which is created by supplying the output terminal 1 via the main current path of npn transistor T2 with a supply terminal -V for negative supply voltage. 10 bind. The base electrode of transistor T_ is connected to the 1 collector electrode of pnp transistor T1, where; of the emitter electrode with output terminal 1 is i i! 1 connected. The output stage is set to quiescent current by means that three diodes D1, D1 and D1 through which diodes quiescent current flows between the base electrodes of transistors T1 and T1 in this example. Between the base leak; j: | trode of transistor T ^ and the negative power supply terminal; I point -V_ is the main current path of control transistor T_,

I -t) JI -t) J

waarvan de basiselektrode met een ingangsaansluitpunt is i j20 verbonden, opgenomen.whose base electrode is connected to an input terminal i20.

• Vloeit er door het uitgangsaansluitpunt 1 een stroom 1^ naar een belastingsweerstand 2 met een weerstands- ! waarde R , als funktie van sturing op ingang 4, dan geldt ; L· voor de maximale waarde I·,___ van stroom I,,.• A current 1 ^ flows through the output connection point 1 to a load resistor 2 with a resistance! value R, as a function of control on input 4, then applies; L · for the maximum value I ·, ___ of current I ,,.

=\ : i "4 max RT '= \: i "4 max RT '

i L Ii L I

ί Deze waarde ligt bij een bepaald ontwerp vast omdat het I ί | maximale uitgangsvermogen gegeven is. Voor de bijbehorende j maximale basisstroom I, van transistor T„ geldt dan: ! 1 max 3 ! 30 I1 max = ^4 raajs/P^ | waarbij de stroomversterkingsfaktor van transistor T^ ! en βde stroomversterkingsfaktor van transistor T^ is.ί This value is fixed for a particular design because it is I ί | maximum output power is given. For the associated j maximum base current I, of transistor T „, holds:! 1 max 3! 30 I1 max = ^ 4 raajs / P ^ | the current amplification factor of transistor T and β is the current amplification factor of transistor T ^.

, De stroom I moet groot genoeg zijn om deze basis stroom te leveren. Aangezien de stroomversterkingsfaktoren 35 β ^ en β aan procesvariaties onderhevig zijn moet daarom gelden: _ Io ^ ^4 max / ^ 1 min ---: 790 3 9 63 Ί .r 11-5-1979 7 ΡΗΝ 9458 met Ρ . . en @*η . de minimale stroomversterkingsfaktoren 1 mm 3 min van de transistoren en . Voornoemde spreiding in stroomversterkingsfaktoren is er de oorzaak van dat de stroomsterkte Iq altijd groter gekozen wordt dan nodig 5 is (nodig is Iq = max met en de werkelijke waarde van de stroomversterkingsfaktoren), hetgeen een scherp vastlopen van transistoren en tegen de voe-digsspanning bij het bereiken van de maximale uitgangs-stroom betekent met de daarmede gepaard gaande sterke 10 vervormingen. De in de schakeling volgens figuur 1 toegepaste oplossing volgens de uitvinding bestaat daarin dat parallel aan de basis-emitterovergang van transistor een diode is geschakeld en parallel aan de bas is-emit ter-overgang van transistor een diode Dg is geschakeld.The current I must be large enough to supply this basic current. Since the current amplification factors 35 β ^ and β are subject to process variations, the following must therefore apply: _ Io ^ ^ 4 max / ^ 1 min ---: 790 3 9 63 Ί .r 11-5-1979 7 ΡΗΝ 9458 with Ρ. . and @ * η. the minimum current amplification factors 1 mm 3 min from the transistors and. The aforementioned spread in current amplification factors causes the current Iq to always be chosen larger than necessary 5 (Iq = max is required with and the actual value of the current amplification factors), resulting in sharp seizure of transistors and against the voltage supply at achieving the maximum output current means with the associated strong distortions. The solution according to the invention used in the circuit according to figure 1 consists in that a diode is connected parallel to the base-emitter junction of the transistor and a diode Dg is connected in parallel to the bass-emitter junction of the transistor.

15 Voor de stroomversterkingsfaktor van transistoren en in combinatie met diodes en Dg geldt dan: — = n.m 1 · met n de verhouding van het effektieve basis-emitteropper- 20 vlak van transistor tot het effektieve diodeovergangs-oppervlak van diode Dg en m de verhouding van het effektieve basis-emitteroppervlak van transistor tot het effektieve diodeovergangsoppervlak van diode D^. Deze vergelijking voor 1,./1., geldt slechts bij verwaarlozing 25 4 iFor the current amplification factor of transistors and in combination with diodes and Dg then holds: - = nm 1 with n the ratio of the effective base-emitter surface of transistor to the effective diode transition area of diode Dg and m the ratio of the effective base-emitter surface of transistor to the effective diode transition surface of diode D1. This equation for 1/1 is only valid if neglected 25 4 i

van de basisstromen van transistoren en T^9 zodat gesteld kan worden dan n en m kleiner dan de stroomverster-kingsfaktoren van de bijbehorende transistoren zelf moeten zijn. Deze oppervlakteverhoudingen n en m zijn in geïnte-^ greerde schakelingen zeer nauwkeurig te realiseren, in het bijzonder wanneer voor de diodes D^ en Dg soortgelijke transistoren als transistoren en met een verbinding tussen kollektor- en basiselektrode worden gekozen. Hierdoor ligt de maximale waarde I,, /n.m voor de stroom Iof the base currents of transistors and T ^ 9 so that it can be set that n and m must be less than the current amplification factors of the associated transistors themselves. These surface ratios n and m can be realized very precisely in integrated circuits, in particular when for the diodes D1 and Dg similar transistors are chosen as transistors and with a connection between collector and base electrode. As a result, the maximum value I ,, / n.m lies for the current I

° 4- max ' o zeer goed vast en is aan vrijwel geen spreiding onderhevig.° 4- max 'o very well fixed and is subject to almost no spread.

Voor n is bijvoorbeeld een waarde 12 realiseerbaar en voor m - dankzij het relatief grote benodigde oppervlak voor eindtransistor - een waarde van bijvoorbeeld 40.For example, a value of 12 can be realized for n and for m - thanks to the relatively large surface area required for the end transistor - a value of, for example, 40.

35 7903963 I * « 11-5-1979 8 PHN 945835 7903963 11-5-1979 8 PHN 9458

Een voordelige bijkomstigheid is, dat tengevolge —......- van de onvermijdbare inwendige bas is we er stand van tran-sistoren en de stroomversterkingsfaktor n.m. bij toenemende uitgangsstroom 1^ afneemt doordat over deze 5 interne basisweerstanden spanningsverlies optreedt. Deze afname van de stroomversterkingsfaktor n.m. bij toenemende uitgangsstroom 1^ blijkt eveneens een voordelige invloed op de sterkte van de met het vastlopen van de transis-toren en gepaard gaande vervorming te hebben.An advantageous side effect is that due to the unavoidable internal bass, the position of transistors and the current amplification factor decreases with increasing output current, because voltage drop occurs across these 5 internal base resistors. This decrease in the current amplification factor n.m. with increasing output current 11 also appears to have an advantageous influence on the strength of the transistors jamming and associated distortion.

^ Figuur 2 toont een alternatief van de schakeling volgens figuur 1 waarbij diode D2 weggelaten is en waarin stroombron 3 gevormd wordt door een pnp-transistor waarvan de kollektorelektrode met de basis elektrode van transistor T„ is verbonden, de emitterelektrode met het^ Figure 2 shows an alternative to the circuit of Figure 1 in which diode D2 is omitted and current source 3 is formed by a pnp transistor whose collector electrode is connected to the base electrode of transistor T1, the emitter electrode with the

ICIC

13 positieve voedingsspanningsaansluitpunt en de basis met de kollektor van een stroombrontransistor T^. Parallel aan de basis-emitterovergang van transistor is een diode D^ geschakeld. De basiselektrode van transistor is met een punt op referentie-spanning V ^ verbonden en de emit- on terelektrode is via een weerstand 5 met weerstandswaarde met het negatieve voedingsaansluitpunt -Vg verbonden.13 positive supply voltage terminal and the base with the collector of a current source transistor T ^. A diode D 1 is connected parallel to the base-emitter junction of the transistor. The base electrode of transistor is connected to a point on reference voltage V ^ and the emitter electrode is connected to the negative supply terminal -Vg through a resistor 5 of resistance value.

Afgezien van de basis-emitterspanning van transistor is de kollektorstroom van transistor gelijk aan V / R^. Deze kollektorstroom wordt via de door nc 1 diode D^ en transistor gevormde stroomspiegel naar de basiselektrode van transistor gespiegeld zodat geldt dat de stroom I omgekeerd evenredig is met R^. Voor de basisstroom van transistor geldt dats 30 I1 = /P 3*m zodat geldt dat de basisstroom van transistor bij een bepaalde waarde van de uitgangsstroom 1^ omgekeerd evenredig is met de stroomversterkingsfaktor van transistor TyApart from the base emitter voltage of transistor, the collector current of transistor is equal to V / R ^. This collector current is mirrored via the current mirror formed by nc 1 diode D ^ and transistor to the base electrode of transistor, so that the current I is inversely proportional to R ^. For the base current of transistor holds that 30 I1 = / P 3 * m so that it holds that the base current of transistor at a certain value of the output current 1 ^ is inversely proportional to the current amplification factor of transistor Ty

Wordt voor weerstand 5 een begraven weerstand ge- 35 bruikt, dan geldt dat procesvariaties op de weerstands-waarde R^, en dus op de stroom Iq dezelfde invloed hebben als op de stroomversterkingsfaktor β^ en dus op de stroom ------„Voor die maatregel is de invloed van procesvariaties-- op-de 7903963 11-5-1979 9 ΡΗΝ 9458 ί 4 ” stroomversterkingsfaktor bij de keuze van de nominale stroomsterkte van de stroom Xq geelimineerd.If a buried resistor is used for resistor 5, it applies that process variations on the resistance value R ^, and therefore on the current Iq, have the same influence as on the current amplification factor β ^ and thus on the current ------ "For that measure, the influence of process variations on the 7903963 5/11/1979 9 45 9458 ί 4" current amplification factor in selecting the rated current of the current Xq has been eliminated.

Bij de schakelingen volgens figuur 1 is het realiseren van voldoend grote stro omver s te rkingfakt or m (D , T ) 5 I 1 tengevolge van het uit vermogens oogpunt noodzakelijke grote oppervlak van transistor , geen probleem. Anders kan het liggen bij de realisatie van een voldoend grote stroom-versterkingsfaktor n waarvoor het in bepaalde gevallen noodzakelijk kan zijn om transistor T„ groter dan absoluut 10 -5 noodzakelijk te kiezen. Hierin ligt het voordeel van de schakeling volgens figuur 2 waar transistor T^ niet tot stroomspiegel hoeft te worden uitgebreid door toepassing van de begraven weerstand 5·In the circuits according to figure 1, the realization of sufficiently large straw overturning factor (D, T) 5 I 1 due to the large surface area of transistor necessary for power reasons is no problem. Otherwise, it may lie in the realization of a sufficiently large current amplification factor n for which in certain cases it may be necessary to select transistor T „greater than absolute 10-5. Herein lies the advantage of the circuit according to figure 2, where transistor T ^ does not have to be extended to current mirror by applying the buried resistor 5 ·

Figuur 3 toont schematisch de opbouw van een begra-15 ven weerstand naast een bipolaire transistor. Op een bijvoorbeeld p-type substraat 6 is een n-type epitaxiale laag aangebracht die door middel van scheidingsdiffusies 7 in aparte gebieden· 8 en 13 is onderverdeeld. Ih de gebieden 8 en 13 is een p-type diffusie 9 respectievelijk 10 aange- 20 bracht met daarin een n-type diffusie 11 respectievelijk 12.Figure 3 schematically shows the construction of a buried resistor next to a bipolar transistor. An n-type epitaxial layer is arranged on a p-type substrate 6, for example, which is divided into separate regions 8 and 13 by means of separation diffusions 7. In the regions 8 and 13, a p-type diffusion 9 and 10, respectively, is arranged with an n-type diffusion 11 and 12 respectively.

Het gebied 13, diffusie 10 respectievelijk diffusie 12 vormen de kollektor, basis respectievelijk emitter van een bipolaire npn-transistor. De door diffusie 11 en epitaxiale laag 8 begrensde p-type diffusie 9 vormt een begraven 25 weerstand waarvan de weerstandswaarde ondermeer door de afmetingen van diffusie 11 en de afstand van de diffusie tot de epitaxiale laag 8 bepaald worden. Op een soortgelijke manier wordt de stroomversterkingsfaktor van genoemde bipolaire transistor mede bepaald door de afmetingen 30 en liggen van emit ter diffusie 12 ten opzichte van epitaxiale laag 13· Omdat de begraven weerstand en de bipolaire transistor in dezelfde processtappen gevormd worden zullen procesvariaties nagenoeg dezelfde invloed hebben op ^ genoemde weerstandswaarde en genoemde stroomversterkingsfaktor.The region 13, diffusion 10 and diffusion 12 respectively form the collector, base and emitter of a bipolar npn transistor. The p-type diffusion 9, which is limited by diffusion 11 and epitaxial layer 8, forms a buried resistor, the resistance of which is determined, inter alia, by the dimensions of diffusion 11 and the distance of the diffusion from the epitaxial layer 8. In a similar way, the current amplification factor of said bipolar transistor is partly determined by the dimensions 30 and are of emit for diffusion 12 with respect to epitaxial layer 13. Because the buried resistor and the bipolar transistor are formed in the same process steps, process variations will have almost the same influence at said resistance value and said current amplification factor.

De uitvinding beperkt zich niet tot de getoonde voorbeelden. Zo is de maatregel volgens de uitvinding ook moge- 790 3 9 63 11-5-1979 10 ΡΗΝ 9458 Λ * lijk bij eindtrappen zonder Darlingtonconfiguratie. Ook indien de geleidingstypen van de getoonde transistoren en dioden, alsmede de polariteit van de voedingsspanning omgekeerd worden blijft de maatregel volgens de uitvinding 5 uitvoerbaar. Ook bij andere typen eindtrappen dan de getoonde quasi-complementaire eindtrap is toepassing van de maatregel(en) volgens de uitvinding mogelijk.The invention is not limited to the examples shown. For example, the measure according to the invention is also possible with output stages without Darlington configuration. 790 3 9 63 11-5-1979 10 ΡΗΝ 9458 Λ *. Even if the conductivity types of the transistors and diodes shown, as well as the polarity of the supply voltage are reversed, the measure according to the invention remains feasible. The measure (s) according to the invention are also possible for types of output stages other than the quasi-complementary output stage shown.

10 15 20 25 30 7903963 “ " 3510 15 20 25 30 7903963 “" 35

Claims

An integrated power amplifier stage with a first and a second power supply terminal and an output terminal comprising a first power transistor whose emitter is connected to the output power terminal and the column detector to the first power supply point, a second power transistor whose main current path is included between the output terminal and the second power terminal, a quiescent current setting circuit connected to the base electrode of the first transistor, and a current source 10 for supplying DC current to the quiescent current setting circuit and included between the base electrode of the first transistor and the first power terminal point characterized in that parallel to the base-emitter junction of the first transistor, a first semiconductor junction is included with the same pass-through device as the base e-mit at the junction of the first "transistor, thereby reducing the current amplification factor of the combination of the first transistor and the The first semiconductor junction is mainly determined by the ratio of the effective areas of both over corridors, this ratio being selected to be significantly greater than one but less than the current amplification factor of the first transistor.

2. Integrated power amplifier stage according to claim 1, wherein between the power source and the base electrode of the first transistor, the base-emitter junction of a third 790 3 9 63 11-5-1979 12 PHN 9 ^ 58 • i A t transistor first transistor in Darlington circuit is included, characterized in that parallel to the base-emitter junction of the third transistor is included a second semiconductor junction 5 having the same forward direction as the base-emitter junction of the third transistor, as a result of which the current amplification factor of the combination of the third transistor and the second semiconductor junction is mainly determined by the ratio of the effective areas of both transitions, this ratio being selected to be considerably greater than one but less than the current amplification factor of the third transistor.

Integrated power amplifier stage according to claim 1, wherein between the power source and the base electrode of the first transistor the base-emitter junction of a third transistor connected with the first transistor in Darlington circuit is included, characterized in that the power source comprises a buried resistor and means for applying a fixed voltage across that buried resistor whereby the current supplied by the power source is inversely proportional to the resistance value of the buried resistor, which buried resistor formed by a diffusion of the same type as the basic diffusion of the third transistor, over which a diffusion of the same type as the emitter diffusion of the third transistor is arranged.

Integrated amplifier stage having a first and a second power supply terminal and an output terminal comprising a first end transistor whose emitter 30 is connected to the output terminal and the collector to the first power supply terminal, a second end transistor whose main current path is included between the output terminal and the second power terminal, a quiescent current setting circuit connected to the base electrode of the first transistor, and a power source for supplying DC current to the quiescent current setting circuit and included between the base electrode of the first transistor is tor enhe t ~ e er st _supply lute point, me t .. he t. kenme rk, 7903963 J · ί. 5/11/1979 13 phn 9458 that the power source includes a buried resistor and means for applying a fixed voltage across that buried resistor making the current supplied by the power source inversely proportional to the resistor 5 of that buried resistor which buried resistance is formed by a diffusion of the same type as the base diffusion of. the first transistor over which a diffusion of the same type as the emitter diffusion of the first transistor is arranged. 10 15 20 25 30 35 790 3 9 63 "