NL8400635A

NL8400635A - Darlington transistorschakeling.

Info

Publication number: NL8400635A
Application number: NL8400635A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1984-02-29
Filing date: 1984-02-29
Publication date: 1985-09-16
Also published as: HK86591A; KR850006989A; DE3575826D1; SG86190G; EP0156411B1; EP0156411A1; KR930007294B1; JPH0618300B2; CA1223927A; JPS60218911A; US4633100A

Description

* . ? ? *% PHN 10.957 τ N.V. Philipsr Gloeilaitpenfabrieken te Eindhoven.

Darlington transistorschakeling.

De uitvinding heeft betrekking op een Darlington transistor- ... schakeling bevattende een van een kollektor, basis en emitter voorziene ingangstransistor en een van een kollektor, basis en emitter voorziene uitgpngstransistor, waarbij de emitter van de ingangstransistor de basis 5 van de uitgangstransistor aanstuurt,

Dergelijke Darlington schakelingen zijn bijvoorbeeld bekend uit Tiètze, Schenk, Halbleiterschaltungstechnik, 1978 pagina's 56-58 en kunnen bijvoorbeeld worden toegepast als vermogenstransistoren in audio-versterkers.

10 Dergelijke Darlington schakelingen bezitten ondat signaalstroonmatig de emitterstrocm van de ingangstransistor gelijk is aan de basisstroom van de uitgangstransistor, de eigenschap dat de strocmversterkingsfaktor gelijk is aan het produkt van de strocmverster-kingsfaktoren van de in- en uitgangstransistor. Bij toepassing als 15 vermogenstransistor, waarbij de uitgangstransistor grote stromen moet leveren, is het in verband met de belasting van de stuurtrap gewenst, dat de basisstroom van de ingangstransistor niet al te groot wordt.

On de stuurtrap niet te veel te belasten wordt dan ook veelal een extra transistor voorgeschakeld, waarvan de emitterstrocm gelijk is aan de 2o basisstroom van de ingangstransistor. Deze extra transistor heeft echter het nadeel, dat voor een goede werking van de schakeling een voedingsspanning tenminste gelijk aan drie basis-emitterspanningen benodigd is.

De schakeling is daardoor niet geschikt voor toepassing bij zeer lage voedingsspanningen.

25 Het is dan ook het doel van de uitvinding een Darlington transistorschakeling aan te geven, die bij grote uitgangsstrcmen · betrékkelijk kleine basisstrcmen van de ingangstransistor benodigt en die geschikt is voor toepassing bij betrekkelijk lage voedingsspanningen.

Een Darlington transistorschakeling van een in de aanhef genoemde soort 30 wordt volgens de uitvinding gekenmerkt, doordat de kollektor van de ingangstransistor is verbonden met de ingang van een stroomversterker-schakeling, die de kol lektors trocm van de ingangstransistor versterkt

840 0635 60 toevoert 3311 eerL

----—-_é ? 'ΰ * λ ΡΗΝ 10.957 2 uitgang, die is verbonden met de basis van de uitgangstransistor.

Door de kollektorstroom van de ingangstransistor met de stroomversterker-schakeling te versterken en aan de basis van de uitgangstransistor toe te voeren, wordt de basisstroom van de uitgangstransistor en daardoor de 5 totale stroomversterkingsfaktor van de schakeling vergroot. De voor een bepaalde uitgangsstroom benodigde basisstroom van de ingangstransistor is daardoor kleiner. Is de stroomversterkingsfaktor van de stroomver-sterkingsschakeling bijvoorbeeld gelijk aan twee dan is voor het verkrijgen van een bepaalde uitgangsstroom slechts één derde van de IQ oorspronkelijke basisstroom benodigd. Daar de schakeling slechts twee basis-emitterspanningen benodigt, is deze tevens geschikt voor betrekkelijk lage voedingsspanningen.

Een uitvoeringsvorm van een Darlington transistorschakeling volgens de uitvinding wordt gekenmerkt, doordat de stroomversterkings-15 schakeling wordt gevormd door een strdomspiegelschakeling, die is voorzien van een met de kollektor van de ingangstransistor verbonden ingangsstroomketen waarin de kollektor-emitterweg van een eerste transistor is ppgenomen, en een met de basis van de uitgangstransistor verbonden uitgangsstroomketen, waarin de kollektor-emitterweg van een tweede 2Q transistor is opgenomen, waarvan de basis-emitterovergang parallel is geschakeld aan de basis-emitterovergang van de eerste transistor.

•Door als stroomversterkingsschakeling een stroomspiegelschakeling te gebruiken wordt een eenvoudige opbouw 25 van de schakeling verkregen. Het gébruik van stroomspiegelschakelingen als stroanversterkerschakelingen is op zich bekend uit bijvoorbeeld Valvo Berichte Band xlx Heft 3, bladzijden 107 tot en· met 114. De stroomversterkingsfaktor van de stroomspiegelschakeling is gelijk aan de verhouding van de emitter-qppervlakken van de tweede en eerste transistor.

3Q Een geschikte en eenvoudige uitvoeringsvorm van een dergelijke stroomspiegelschakeling kan nader worden gekenmerkt, doordat de kollektor de eerste transistor met de basis daarvan is verbonden.

Een verdere uitvoeringsvorm van een Darlington transistorschakeling vólgens de uitvinding wordt gekenmerkt, doordat tenminste in de 35 emitterleiding van de eerste transistor een eerste weerstand is opgenomen. Bij een grote stroomversterkingsfaktor is een betrekkelijk groot emitteroppervlak van de tweede transistor en daarmee een groot integratie-oppervlak benodigd. De stroomversterkingsfaktor kan echter beïnvloed worden 8400635 PHN 10.957 3 door het opnemen van een weerstand in tenminste de emitterleiding van de eerste transistor.

Een bijzonder geschikte uitvoeringsvorm van een Darlington transistorschakeling volgens de uitvinding wordt gekenmerkt, doordat S in de emitterleiding van de tweede transistor een tweede weerstand is qpgenomen en dat de verhouding van de weerstandswaarden van de eerste en tweede weerstand groter is dan de verhouding van de emitter-oppervlakken van de tweede en eerste transistor. Bij erg grote stromen neemt de strocmversterkingsfaktor van de uitgangstransistor af, waardoor 10 een sterk niet-lineair verband tussen de uitgangsstrocm. en de basisstroom van de ingangstransistor ontstaat. Door de verhouding van de weerstandswaarden van de eerste en tweede weerstand groter te kiezen dan de verhouding van de emitterqppervlakken van de tweede en eerste transistor wordt dit verband gelineariseerd. Bij kleine stromen wordt de stroomr 15 versterkingsfaktor namelijk bepaald door de verhouding van de emitteroppervlakken van de tweede en eerste transistor, terwijl bij grote stromen de strocmversterkingsfaktor wordt bepaald door de verhouding van de weerstandswaarden van de eerste ai tweede weerstand, zodat bij kleine stromen een kleine en bij grote stromen een grote stroomverster-20 kingsfaktor wordt verkregen.

De uitvinding wordt nader toegelicht aan de hand van bijgaande tekening, waarin:.

figuur 1 een eerste uitvoeringsvorm van een Darlington transistorschakeling volgens de uitvinding toont, 25 figuur 2 een tweede uitvoeringsvorm van een Darlington transistorschakeling volgens de uitvinding toont, figuur 3 een derde uitvoeringsvorm van een Darlington transistorschakeling volgens de uitvinding toont, en 30 figuur 4 schematisch een balansversterker voorzien van Darlington txansistorschakelingen volgens de uitvinding toont.

In figuur 1 is een eerste uitvoeringsvorm van een Darlington transistorschakeling volgens de uitvinding weergegeven. Hierin is de emitter van een NPN-ingangstransistor verbonden met de basis van 35 een NPN-uitgangstransistor T2, waarvan de emitter in dit voorbeeld net het negatieve voedingsaansluitpunt 2, in dit geval massa, is verbonden.

Aan de kollektor van de uitgangstransistor T2 kan een belasting worden aèngesloten, waaraan de uitgangsstroan van de Darlington schakeling kan ν'- 8400635 ί s ΡΗΝ 10.957 4 worden geleverd. De kollektor van de ingangstransistor is verbonden met de ingang van een stroomspiegelschakeling, die wordt gevormd door een als diode geschakelde PNP-trans is tor T^, waarvan de emitter met het positieve voedingsaanslüitpunt 3 is verbonden en een PNP-transistor 5 Tj, waarvan de basis-emitterovergang parallel aan die van transistor is geschakeld. Het smitteroppervlak van transistor is in dit voorbeeld twee maal zo groot als dat van transistor T^. Omdat de transi'storen T3 en dezelfde basis-emitterspanning hébben, is dan de kollektorstrocm van transistor twee maal zo groot als de kollektor-1Q stroom van en dus ook als de kollektorstrocm van ingangstransistor T^. De kollektorstroom van transistor wordt tesamen met de emitterstroom van. transistor toegevoerd aan de' basis van de uitgangstransistor T2· Indien verondersteld wordt dat van transistor de kollektorstroom nagenoeg gelijk is aan de emitterstroom, dan is de totale stroomverster-15 kingsfaktor van de schakeling gelijk aan ( p1 + 2β1) 02 = 3^1/52, waarbij en ^ de respektievelijke. stroomversterkingsfaktoren van de transistoren en T2 zijn. Door de stroomspiegelschakeling is dus de totale strocmversterkingsfaktor van de schakeling drie maal zo groot als de stroomversterkingsfaktor van de gebruikelijke Darlington schakeling. 2Q Hierdoor is voor het verkrijgen van een bepaalde uitgangsstroom slechts een derde van de oorspronkelijk benodigde basisstroom vereist. Bij grote uitgangsstromen blijft de belasting van de sturende bron dan ook gering.

Naast de getoonde stroomspiegelschakeling kunnen ook andere stroamspiegelschakelingen, zoals beschreven in het reeds genoemde artikel 25 in Valvo Berichte, worden toegepast.

In figuur 2 is een tweede uitvoeringsvoorbeeld van een

Darlington transistorschakeling volgens de uitvinding weergegeven.

Gelijke onderdelen zijn met dezelfde verwijzingscijfers als in figuur 1 weergegeven. In de emitterleiding van transistor is een weerstand R. opgenomen, waarvan de weerstandswaarde in dit voorbeeld gelijk is ου 1 aan R^ = 6,2 k-Ω.. Evenzo is in de emitterleiding van transistor een weerstand R2 = 500.Ω opgenomen. Bij kleine kollektorstromen zijn de spanningen over de weerstanden R^ en R2 klein ten opzichte van de basis-emitterspanningen van transistor enT^. De stroomversterking 35 van de stroomspiegelschakeling is dan nagenoeg gelijk aan de verhouding van de emitteroppervlakken van de transistoren en en is in dit voorbeeld dus gelijk aan twee. Bij grote stranen is door het geringe verschil, in basis-emitterspanning van de transistoren en de 8400635 EHN 10.957 5 strocmversterking nagnoeg gelijk aan de verhouding van de weerstanden en R2 en in dit voorbeeld dus gelijk aan 12.4. De totale stroamver-sterkingsfaktor van de schakeling neemt daardoor toe bij toenemende ingangsstrcmen. Hierdoor wordt de bij grote stromen optredende verminde-· 5 ring van de stroomversterkingsfaktor van de uitgangstransistor deels gecompenseerd, zodat een meer lineair verband tussen de in- en uitgangs-strocm wordt verkregen. Hierdoor worden optredende vervormingen van het uitgangssignaal gereduceerd.

In figuur 3 is een derde uitvoeringsvorm van een Darlington 10 transistorschakeling volgens de uitvinding weergegeven, waarbij de ingangstransistor Tg en de uitgangstransistor Tg als PNP-transistoren in plaats van KPN-transistoren zijn uitgevoerd en waarbij de emitter van de uitgangstransistor Tc nu met het positieve in plaats van het

O

negatieve voedingsaansluitpunt is verbonden. De koliektor van transistor 15 Tg is weer verbonden met de ingang van een stroomspiegel, die gevormd wordt door een als diode geschakelde NPN-transistor T^ met in de emitterleiding een weerstand R^ = 5000 en een NPN-transistor Tg met een 4x zo groot emitteroppervlak als dat van transistor T^ en met een weerstand R^ = 20 Q in de emitterleiding.

20 De werking van de schakeling is verder hetzelfde als die van figuur 2, waarbij in dit voorbeeld voor kleine stromen de stroomversterkingsfaktor van de strocmspiegelschakeling gelijk aan 4 en voor grote stromen gelijk aan 25 is.

In figuur 4 is schematisch een balansversterker voorzien 25 van Darlington schakelingen volgens de uitvinding weergegeven.

Overeenkomstige onderdelen zijn met dezelfde verwijzingscijfers als in figuren 2 en 3 weergegeven. De balansversterker wordt gevormd door een ingangstrap 10 met uitgangen 11 en 12, die de complementaire eindtransistor T^ en ΤΛ van de eindtrap aansturen. Deze transistoren O Δ 30 Tg en T^ zijn met hun emitters respekfcievelijk met het positieve en negatieve voedingsaansluitpunt 3 en 2 verbonden. De kol lektoren zijn verbonden, met de uitgang 13 van de versterker, waarop een belasting R^ is aangesloten. De eindtransistor T2 is met transistor T^ in een Darlington configuratie geschakeld zoals in figuur 2 is weergegeven.

35 Met de emitter van transistor T^ is een stroombron 15 verbonden, waardoor de lineariteit en het hoog-frequent gedrag van de Darlington-transistor worden verbeterd. Eindtransistor Tg is op dezelfde wijze als in Figuur 3 weergegeven met transistor Tg in een Darlington configuratie geschakeld.

_ 4 8400635 PHN 10.957 6 ff c

De basis van transistor Tc wordt aangestamd door een als emittervolger

O

geschakelde transistor T^. Hierdoor kan de basis van transistor Tg tot op een basis-emitterspanning van de positieve voedingsspanning worden uitgestuurd. Om dezelfde reden als bij transistor is met de emitter 5 van transistor TQ een stroombron 14 verbonden.

y

De uitvinding is niet beperkt tot boven getoonde uitvoeringsvormen. Zo kan bij de in figuren 2 en 3 getoonde uitvoeringsvormen ook de weerstanden en worden weggelaten en kan bij de in figuren 1, 2 en 3 getoonde uitvoeringsvormen in de emitterleiding van de ingangs-10 · transistor een stroombron worden opgenomen. Voorts kan binnen het kader van de uitvinding in plaats van een stroomspiegelschakeling elke andere stroomversterkingsschakeling worden toegepast.

15 20 25 30 35 « 8400635

Claims

9 ' 0 EHN 10.957 7
1. Darlington transistorschakeling bevattende een van een kolléktor, basis en emitter voorziene ingangstransistor en een van een kolléktor, basis en emitter voorziene uitgangstransistor, waarbij de emitter van de ingangstransistor de basis van de uitgangstransistor aanstuurt, net 5 het kenmerk, dat de kolléktor van de ingangstransistor is verbonden met de ingang van een strocmversterkerschakeling, die de kollektorstroom van de ingangstransistor versterkt en toevoert aan een uitgang, die is verbonden net de basis van de uitgangstransistor.
2. Darlington transistorschakeling volgens conclusie l, met het kenmerk, dat de strocmversterkingsschakeling wordt gevoraö. door een strocmspiegelschakeling die is voorzien van een met de kolléktor van de ingangstransistor verbonden Ingangsstrocmketen waarin de kol lektor-emitter-weg van een eerste transistor is opgenomen, en een met de basis van de 15 uitgangstransistor verbonden uitgangsstroanketen, waarin de kolléktor-emitterweg van een tweede transistor is opgencmen, waarvan de basis-emitterovergang parallel is geschakeld aan de basis-emitterööergang van de eerste transistor. ; - 20 3 . Darlington transistorschakeling volgen conclusie 2, met het kenmerk, dat de kolléktor de eerste transistor met de basis daarvan is verbonden.
4. Darlington transistorschakeling volgens conclusies 2 of 3, me thet kenmerk, dat tenminste in de emitterleiding van de eerste 25 transistor een eerste weerstand is opgencmen.
5. Darlington transistorschakeling volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat in de emitterleiding van de tweede transistor een tweede weerstand is opgencmen en dat de verhouding van de weerstandswaarden van de eerste en tweede weerstand groter is dan de verhouding van de emitter-30 oppervlakken van de tweede en eerste transistor.
6. Darlington transistorschakeling volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat met de emitter van de ingangstransistor een stroombron is gekoppeld.
7. Darlington transistorschakeling volgens een der voorgaande 35 conclusies 1 tot en met 5, met het kenmerk, dat de ingangstransistor wordt aangestuurd door een als emittervolger geschakelde transistor van een geleidingstype dat tegengesteld is aan dat van de in- en uitgangstransistor. 8400635 ΡΗΝ 10.957 8 5 * ί* *. -ι
8. Balansversterker voorzien van een eerste en een tweede uitgangstransistor van een onderling tegengesteld geleidingstype, 'welke complementair worden aangestuurd, roet het kenmerk, dat de eerste en tweede transistor elk zijn uitgevoerd als een Darlington transistor-5 schakeling volgens een der voorgaande conclusies. 10 15 20 25 30 35 8400635