NO163509B - Forsterkerkrets. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en forsterkerkrets med høy inngangsimpedans og lav utgangsimpedans, fortrinnsvis beregnet som en mikrofonforsterker i telefonapparater med elektrete mikrofoner og for å bli matet med strøm via telefonlinjen.

Elektrete mikrofoner anvendes i stadig økende omfang

i moderne telefonapparater, ettersom de gir god lyd-kvalitet, har lavt effektforbruk og er billige i frem-stilling. Som med alle elektrostatiske mikrofoner, har elektrete mikrofoner en meget høy impedans og lav utgangseffekt, og en forsterker må derfor kobles mellom mikrofonen og linjen. På grunn av -(den elektrete mikrofonens høye impedans, bør denne forsterker komme umiddelbart tilliggende mikrofonen for å unngå krets-støy. Hensiktsmessig bygges mikrofonen og forsterkeren sammen til en kapsel som plasseres i håndmikrotelefonen. Strømmatningen finner da hensiktsmessig sted under anvendelse av samme leder som for signalene fra håndmikrotelefonen til telefonapparatet. En egnet krets

for tilkobling av en kilde som har meget høy impedans til en belastning med lav impedans inneholder hensiktsmessig et inngangstrinn med en felteffekt transistor som er direkte koblet til et eller flere emitter følger-trinn. SLike kretser er kjent innenfor litteraturen, f.eks. fra "Electronics", 28. februar 1972, side 80, som viser en forsterker og kapasitiv transducer.

Når en forsterker av dette slag skal anvendes som en mikrofonforsterker, stilles det store krav til den for fungering ved lave spenninger (lavere enn 2 volt) og innenfor et stort temperaturområde (-20°til +70oc) med lav forvrengning.

For at felt-effekt transistoren skal arbeide lineært med konstant forspenning over hele temperaturområdet, må forspenningen gjøres høy på grunn av at terskelspenningen øker med temperaturen. Ved lave temperaturer vil summen av denne spenning og spenningen,

som øker med fallende temperatur, av basis- emitter spenningen i emitter-følger-trinnet da være så stor at der er risiko for at spenningen hos forsterkerens strømmatningskrets ikke er tilstrekkelig. Felteffektr transistoren har imidlertid den egenskap at den ikke trenger en slik høy spenning ved lave temperaturer, på grunn av at terskelspenningen har en positiv tempe-raturkoef f i sient.

I følge oppfinnelsen kan dette forhold utnyttes for optimalt å anvende tilgjengelig matespenning i en forsterkerkrets med ett inngangstrinn med minst en felt-ef f ekt- transistor direkte koblet til et bipolart for-sterkertrinn. De kjennetegnende trekk ved oppfinnelsen er omhandlet i de vedlagte krav.

Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet nærmere i tilknytning til den vedlagte Figur som viser et kretsdiagram for en elektret: mikrofonforsterker.

En integrert forsterker, betegnet med henvisningstallet II i Figur 1, har kun 3 ytre tilkoblinger, nemlig 12 som er en felles signalutgang og positiv spenningsmatning, et felles punkt 13 for forsterkerinngangen og utgangen (jord) samt negativ spenningsmatning, og signalinngangen 14. En elektret mikrofon M er koblet mellom signalinngangen 14 og jord 13. Den integrerte kretsen er opp-bygget på. konvensjonell måte ved et p substrat og et epitaxialt n-skikt, hvor transistorene og andre elementer er blitt laget under anvendelse av diffusjonsteknikk. Forsterkerens inngangstrinn består av en felt-effekt-transistor Q12 av P kanal typen, med sin styreelektrode koblet til inngangen 14. Denne transistor Q12 mates med strøm fra en strøm-speil krets som innbefatter transistorene Ql, Q2 og felt-effekt-transistoren Q3. Felteffekttransistoren Q3 som er nøyaktig lik felt-effekt-transistoren Q12, er koblet som en konstant strøm-generator som mater den diodekcblede transistoren Ql. Strømmen i Ql reflekteres til den identisk like transistoren Q2 som driver den samme strømmen gjennom felt-effekt-transistoren Q12. Transistoren Q2 skal arbeide lineært.

Sluket i felt-effekt-transistoren Q12 er direkte koblet til basisen hos emitter-følger-trinnet Q13,

hvis kollektor får sin strømmatning fra felt-effekt-transistoren Q14. Kollektoren i transistoren Q13 er direkte koblet til basisen av n-p-n transistoren Q15, hvis emitter-kollektor krets er direkte koblet til matningslinjene 12,13. Transistorene Q13 og Q14

kan sammen ansees som et emitter følger-trinn med høy strømforsterkning.

Styreelektroden på felt-effekt-transistoren Q12 er koblet via en meget høy motstand til utgangen 15 fra en referansespenningskilde 16 av båndgap-referanse-typen. Båndgap-referansen 16 består av transistorene Q4, Q5, Q6, Q7 og Q8 som på konvensjonell måte er anordnet i en strøm speil-krets. Transistorene Q7

og Q8 er av ulike størrelser og har derfor ulike strømtettheter for den samme strømmen. I utførelses-formen er Q7 den transistor som har det største arealet. Transistorene Q4, Q5 og Q6 er av den samme størrelse»og med hjelp av strøm-speilet fører de den samme strømmen.

På grunn av den lavere strømtettheten i transistoren Q7, vil denne ha en lavere basis-emitterspennning. Differansen i basis-emitterspenningen meLlom transistorene Q7 og Q8 oppnåes over motstanden R3 i emitterkretsen.

Referansestrømmen hos båndgap-referansen gir opphavet til en like stor strøm gjennom transistoren Q6 , hvis kollektor er koblet til jord gjennom motstandene R5

og R4. Spenningsfallet over disse motstander taes ut som referansespenningen i punktet 15 og danner forspenningen til felteffekt-transistoren Q12 i forsterkerens inngangstrinn.

Når spenningsmatningen kobles itil båndgap-referansen 16, flyter det ingen strøm til noen av transistorene Q7 og Q8, og den kan derfor ikke eksiteres. For å mulig-gjøre eksitering, kobles transistoren Q9 i parallell med transistorene Q7 og motstanden R3. Transistorens Q9 basis er koblet.til kollektoren hos transistoren Q13. Ved koblingsøyeblikket har transistoren Q13 momentant basisspenningen 0 og er kraftig ledende. Transistorens Q15 basis blir positiv og transistoren Q9 vil bli ledende. Transistoren Q4 vil bli ledende

og strøm begynner å flyte i båndgap-referansekretsen 16. Potensialfallet over R4 blokkerer Q9.

Som ovenfor nevnt vil kildeelektroden i felteffekt-transistoren Q12 oppnå en spenning som faller ved et basis-emitter-potensialfall under matningsspenningen på mat-ningslinjen 12. Den samme spenningen fremkommer også

på styreelektroden av Q12 på grunn av strømspeil-kretsen Q3, Ql, Q2. Den identiske felteffekt-transistoren Q3 har nemlig kilde og styreelektrode sammenkoblet.

Basis-emitterspenningen i en bipolar transistor har en temperaturkoeffisient av -2 mV/°C. Med den fore-liggende krets, hvor forsterkeren skal arbeide mellom -20°C og +70oC, kreves det at basis-emitterspenningen heves betydelig i den bipolare transistoren Q13 for å muliggjøre opprettholdelse av kollektor-strømmen, og derved forsterkningen endog ved lave temperaturer. Dette betyr at felteffekt-transisr • toren Q12 må nøye seg med en lavere kilde-avløp-spenning, hvis den totale matespenningen over kretsen ikke kan øke. En felteffekt-transistor har imidlertid en positiv temperaturkoeffisient for pinch-off spenningen Vp. Det er derfor mulig å dimensjonere forspenningen i punktet 15 slik at den får en positiv temperaturkoeffisient. Ved hensiktsmessig valg av denne positive temperaturkoeffisient, er det mulig å anvende egenskapene ved felteffekt-transistoren slik at begge.forsterkertrinn gies i alt vesentlig konstant forsterkning ved akseptabel lav distorsjon over hele temperaturområdet. Ved lave temperaturer oppnår transistoren Q13 en høyere andel av den til-gjengelige matningssspenning, mens felteffekt-transistoren, som har bedre data ved lavere tempe-turer, må nøye seg med en lavere andel. Det motsatte forholdet gjelder ved høyere temperaturer.

Temperaturreguleringen av forspenningen i punktet 15 tilveiebringes ved å velge temperaturkoéffisienten for båndgapreferansen 16. Temperaturkoeffisienten er her bestemt av motstandens R3 temperaturkoeffisient, pluss temperaturkoeffisienten for differansen i basis-emitterspenningen mellom transistorene Q8 og Q7. Disse parametere innstilles hensiktsmessig slik at temperaturkoeffisienten for spenningen i punktet 15 er av den samme størrelsesorden som for basis-emitterspenningen i transistoren Q13, men med motsatt fortegn, d.v.s. ca. +2mV/°C.

Claims (1)

1. Forsterkerkrets for matning fra en lav spenningskil-de, innbefattende en forsterker med en første transistor av felteffekttypen (Q12) med en bipolar transistor (Q13) som er direkte koblet til denne, hvor den bipolare transistorens basis-emitterkrets og felteffekt-transistorens kilde-slukkrets er koblet i serie over spenning- matningskilden, karakterisert ved at den første felteffekt-transistoren inngår i en første gren av en strømspeilkrets (Ql, Q3, Q2, Q12) som også innbefatter en identisk andre gren som er en strømgene-ratorgren (Ql, Q3) som innbefatter en andre felteffekt-transistor (Q3) som er identisk med den første felt-ef f ekt-transistoren (Q12), idet styreelektroden for den andre transistoren (Q3) er direkte koblet til dens kildeelektrode, hvorved slukelektroden hos den første transistoren (Q12) også alltid følger den andre transistorens styreelektrodespenning, og at styreelek troden hos den første transistoren (Q12) er koblet til en forspenningskilde (16) som har en temperaturkoeffisient med stort sett den samme absolutte verdien som temperaturkoeffisienten for basis-emitterspenningen i den bipolare transistoren (Q13), men med motsatt fortegn.

2, Krets som angitt i krav 1, karakterisert ved at forspenningskilden omfatter en båndgapreferanse (Q4, Q5, Q6, Q7, Q8).