DE10231156B4

DE10231156B4 - Schaltung zum Liefern einer Basis-Betriebsspannung für einen Bipolartransistor und Verstärkerschaltung

Info

Publication number: DE10231156B4
Application number: DE10231156A
Authority: DE
Inventors: Stephan Dr.-Ing. Weber; Hans Peter Dipl.-Ing. Forstner
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Intel Deutschland GmbH
Priority date: 2002-07-10
Filing date: 2002-07-10
Publication date: 2008-10-30
Anticipated expiration: 2022-07-11
Also published as: DE10231156A1; US7190220B2; US20060006948A1; AU2003246660A1; WO2004008631A1

Abstract

Schaltung zum Liefern einer Basis-Betriebsspannung (U₂) für einen Bipolartransistor (T₄), mit folgenden Merkmalen:
einem Basis-Emitter-Spannungs-Vervielfacher (11) mit einem Bipolartransistor (T₁) zum Liefern einer Arbeitsspannung (U₁) als Reaktion auf einen Arbeitspunkt-Steuerstrom (I₁), wobei die Arbeitsspannung (U₁) gleich einem Basis-Emitter-Spannungsabfall (U_BE) des Bipolartransistors (T₁) des Basis-Emitter-Spannungs-Vervielfacher (11) multipliziert mit einem Spannungs-Verstärkungsfaktor (x) ist, wobei der Spannungs-Verstärkungsfaktor (x) größer als 1 ist; und
einer Schaltung (12) zum Reduzieren der Arbeitsspannung (U₁) auf die Basis-Betriebsspannung (U₂), die kleiner als ein Basis-Emitter-Spannungsabfall (U_BE) des Bipolartransistors (T₄) ist, wobei die Schaltung (12) zum Reduzieren der Arbeitsspannung (U₁) auf die Basis-Betriebsspannung (U₂) einen Emitterfolgertransistor (T₂) zum Puffern der Arbeitsspannung und zum Reduzieren der Arbeitsspannung um einen Basis-Emitter-Spannungsabfall des Emitterfolgertransistors (T₂) aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf elektrische Leistungsverstärkerstufen und insbesondere auf elektronische Leistungsverstärkerstufen mit Bipolartransistoren.
Elektronische Leistungsverstärkerstufen werden oft mit Bipolartransistoren aufgebaut. Diese sind empfindlich gegen Überlastung, wobei die Robustheit bei hohen Betriebsspannungen oder Temperaturen abnimmt. Ferner spielt die Beschaltung der Basis der Leistungsverstärker-Bipolartransistoren eine wichtige Rolle.
Wenn keine Schutzmaßnahmen getroffen werden, muß ein Verstärker oft unnötig überdimensioniert werden, was meist erhebliche Nachteile im Hinblick auf die Kosten, die Verstärkung sowie den Wirkungsgrad etc. mit sich bringt. Insbesondere die Arbeitspunkteinstellung spielt eine wichtige Rolle für die Betriebseigenschaften des Verstärkers. Darüber hinaus soll die Arbeitspunkteinstellung flexibel sein, beispielsweise einstellbar über eine externe Spannung oder einen externen Strom.
3 zeigt eine bekannte Lösung mit Stromspiegeln, die den Vorteil haben, daß sie temperaturstabil arbeiten. Ein zu verstärkendes Signal, das durch eine Signalquelle 30 dargestellt ist, wird über einen Koppelkondensator 31 an eine Basis 32a eines Leistungsverstärkers 32 eingekoppelt. Der Leistungsverstärker 32 ist bei der in 3 gezeigten Ausführungsform als npn-Bipolartransistor ausgeführt. An einem Kollektor 32b des Leistungsverstärkers 32 liegt das verstärkte Signal an. Ein Emitter 32c des Bipolartransistors ist mit einem Referenzpotential, wie z. B. dem Massepotential, verbunden. Der Leistungsverstärkertransistor 32 wird von einer Versorgungs spannung V_CC mit Strom versorgt, wobei der Versorgungsstrom über eine Induktivität 33 bzw. allgemein über einen Tiefpaß dem Transistor 32 zugeführt wird. Zur Stromsteuerung ist die Stromspiegelanordnung von 3 vorgesehen, die basisseitig eine Stromquelle 34, einen npn-Transistor 35 sowie eine Kurzschlußleitung 36 aufweist, die die Basis des Transistors 35 mit dem Kollektor des Transistors 35 verbindet. Der Emitter des Transistors 35 ist mit dem Massepotential verbunden, wie es in 3 dargestellt ist.
Nachteilig an der in 3 gezeigten Stromspiegellösung ist die Tatsache, daß ein Klasse-C-Betrieb schwer realisierbar ist. Der Klasse-C-Betrieb ist jedoch insbesondere für HF-Verstärker, die batteriebetrieben sind, wie z. B. in einem Mobiltelephon, wegen des hohen Wirkungsgrads besonders attraktiv. Für einen optimalen C-Betrieb, der sich durch einen kleinen Stromflußwinkel, aber immer noch eine genügend hohe Verstärkung auszeichnet, müßte die Basis-Betriebsspannung bzw. Basisvorspannung relativ klein sein und im Bereich von typischerweise 0,3 bis 0,5 V unter Berücksichtigung der Temperaturabhängigkeit liegen. Die in 3 gezeigte Stromspiegellösung erlaubt jedoch lediglich Basis-Betriebsspannungen im Bereich von 0,6 bis 0,8 V.
Darüber hinaus existiert eine weitere Schwierigkeit dahingehend, daß bei npn-Bipolartransistoren als Leistungstransistoren im Durchbruchfall ein Strom aus der Basis heraus fließt, der niederohmig zum Bezugspotential, also zur Masse, abzuleiten ist. Dieser Durchbruchfall ist oft durch hohe Betriebsspannungen V_CC oder durch Fehlanpassungen bedingt.
Die DE 10000486 A1 offenbart eine Vorspannungsschaltung und ein Vorspannungszuführungsverfahren für einen mehrstufigen Leistungsverstärker. Die Vorspannung für drei Stufen eines dreistufigen Leistungsverstärkers werden durch eine Vorspannungsschaltung erzeugt, wobei eine Eingangsspannung V_apc von einer Steuerschaltung erzeugt wird.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Schaltung zum Liefern einer Basis-Betriebsspannung für einen Bipolartransistor sowie eine Verstärkerschaltung zu schaffen, durch die ein gut handhabbarer Klasse-C-Betrieb des Bipolar-Leistungstransistors möglich wird.
Diese Aufgabe wird durch eine Schaltung zum Liefern einer Basis-Betriebsspannung nach Patentanspruch 1 oder durch eine Verstärkerschaltung nach Patentanspruch 16 gelöst.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß für einen Klasse-C-Betrieb des Leistungsverstärkertransistors einstellbare Basis-Betriebsspannungen zugeführt werden müssen, die deutlich kleiner als ein Basis-Emitter-Spannungsabfall des Transistors sind. Der Basis-Emitter-Spannungsabfall entspricht der sogenannten „Schleusenspannung" der Basis-Emitter-Diode, die, wenn der Transistor aus Silizium ausgeführt ist, bei etwa 0,6 V liegt. Bei Germanium-Transistoren beträgt dieser Wert etwa 0,3 V, und bei Galliumarsenid-(GaAs-)Transistoren liegt er bei 1,4 V.
Erfindungsgemäß wird daher zunächst ein Vielfaches der Basis-Emitter-Spannung mittels eines Basis-Emitter-Spannungs-Vervielfachers als Reaktion auf einen Arbeitspunkt-Steuerstrom erzeugt, um eine Arbeitsspannung zu erhalten, die sich aus dem Basis-Emitter-Spannungsabfall, multipliziert mit einem Spannungsverstärkungsfaktor x ergibt, wobei der Spannungsverstärkungsfaktor x größer als 1 ist. Die Arbeitsspannung ist daher auf jeden Fall größer als ein Basis-Emitter-Spannungsabfall, wobei das Maß, um wie viel größer die Arbeitsspannung ist, durch den Spannungsverstärkungsfaktor einstellbar ist. Der Basis-Emitter-Spannungsvervielfacherschaltung ist eine Schaltung zum Reduzieren der Arbeitsspannung auf eine Basis-Betriebsspannung nachgeschaltet, wobei die Schaltung zur Reduzierung der Arbeitsspannung eine Basis-Betriebsspannung erzeugt, die klei ner als der Basis-Emitter-Spannungsabfall des Bipolartransistors ist.
Durch das erfindungsgemäße Erzeugen von zunächst einer eigentlich zu großen Spannung, um dann mit einer Spannungsreduktionsschaltung eine Spannung mit richtiger Größe zu erhalten, die nämlich deutlich kleiner als ein Basis-Emitter-Spannungsabfall ist und bei Silizium im Bereich von 0,3 bis 0,5 V liegt, existiert eine hohe Flexibilität hinsichtlich Einstellbarkeit, Handhabbarkeit und Design-Freiheit. Wenn der Spannungsverstärkungsfaktor x im Bereich zwischen 1,4 und 2 gewählt wird, und wenn als Schaltung zum Reduzieren der Arbeitsspannungen ein einfacher Emitterfolger verwendet wird, bei dem ein Basis-Emitter-Spannungsabfall auftritt, so ist die Basis-Betriebsspannung am Ausgang des Emitterfolgers im gewünschten Bereich, nämlich kleiner als der Basis-Emitter-Spannungsabfall. Aufgrund der Eigenschaften des Emitterfolgers liegt die Spannung nunmehr jedoch gepuffert und damit für die Betriebseigenschaften des Leistungstransistors günstig vor.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfaßt die Schaltung zum Reduzieren der Arbeitsspannung neben dem Emitterfolger eine weitere Basis-Emitter-Spannungsvervielfacherschaltung, die jedoch dahingehend dimensioniert ist, daß die Basis-Betriebsspannung am Ausgang der Schaltung zum Reduzieren kleiner als ein Basis-Emitter-Spannungsabfall ist, wie es für den Klasse-C-Betrieb erforderlich ist.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung zeichnen sich insbesondere dadurch aus, daß sie einen geringen internen Zusatzstrom haben, der den Wirkungsgrad des aktiven Verstärkers nur minimal reduziert. Ferner ist aufgrund der hohen Designfreiheit eine Temperaturstabilisierung einfach implementierbar.
Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße Schaltung ohne weiteres durch eine einfache Kompensationsschaltung ergänzt werden, um auch einen stabilen Betrieb bei stark schwankenden Versorgungsspannungen sicherzustellen. Stark schwankende Versorgungsspannungen liegen beispielsweise bei mobilen Geräten vor, bei denen die Batterie eine hohe Spannung liefert, wenn sie stark aufgeladen ist, und eine um so niedrigere Spannung liefert, je näher sie sich an ihrem unteren Ladezustand befindet. Die bevorzugte Kompensationsschaltung stellt sicher, daß der Leistungstransistor bei hoher Betriebsspannung stärker im C-Betrieb gefahren wird, also kleinere Basis-Betriebsspannungen hat, als in dem Fall, in dem die Versorgungsspannung bereits abgefallen ist. In diesem Fall wird zum Ausgleich dieser Tatsache die Basis-Betriebsspannung des Transistors näher an den Basis-Emitter-Spannungsabfall hin gesteuert, um einen Leistungsabfall in der Ausgangsleistung des Leistungstransistors zu kompensieren, da ein nur noch „lockerer" Klasse-C-Betrieb (näher an Klasse B) vorliegt.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht somit ferner darin, daß die Systemeigenschaften, wie z. B. die Ausgangsleistung, bei hohem Wirkungsgrad relativ unabhängig von V_CC und T werden.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen detailliert erläutert. Es zeigen:
1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltung zum Liefern einer Basis-Betriebsspannung für einen Bipolartransistor;
2 ein Blockschaltbild eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
3 ein Schaltbild einer bekannten Basis-Betriebsspannungseinstellungsschaltung; und
4 eine Kennlinie der Kompensationseinrichtung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
1 zeigt eine Schaltung zum Liefern einer Basis-Betriebsspannung U₂ für einen Bipolar-Transistor 10. Ansprechend auf einen Arbeitspunkt-Steuerstrom, der, wie es später ausgeführt werden wird, aus einer Steuerspannung erzeugbar ist, erzeugt ein U_BE-Vervielfacher 11 eine Arbeitsspannung U₁, die um einen Spannungsverstärkungsfaktor x größer ist als ein Basis-Emitter-Spannungsabfall eines Bipolartransistors, der in der Vervielfacherschaltung 11 enthalten ist. Der Spannungsverstärkungsfaktor x liegt vorzugsweise im Bereich von 1,4 bis 2 und ist, wie es nachfolgend anhand von 2 erläutert werden wird, einstellbar.
Dem U_BE-Vervielfacher nachgeschaltet ist eine Schaltung 12 zum Reduzieren der Arbeits-Spannung U₁ auf die Basis-Betriebsspannung U₂ vorgesehen, die, um einen Klasse-C-Betrieb zu ermöglichen, kleiner als ein Basis-Emitter-Spannungsabfall des Bipolar-Leistungstransistors 10 ist.
Wenn das Übertragungskennlinienfeld eines Bipolartransistors betrachtet wird, so ist der Kollektorstrom zwischen einer Basis-Emitterspannung von 0 V bis zu etwa einem Basis-Emitter-Spannungsabfall, d. h. der „Schleusenspannung", relativ klein und steigt dann stark an gemäß der exponentiellen Kennlinie. Im Klasse-C-Betrieb wird die Basis-Betriebsspannung kleiner als die Schleusenspannung gewählt, so daß lediglich zu bestimmten Phasen des zu verstärkenden Eingangssignals ein starker Kollektorstrom fließt. Die Phasen, in denen ein starker Kollektorstrom fließt, d. h. bei denen der Transistor „aufgesteuert" wird, werden in der Technik auch als Stromflußwinkel bezeichnet. Wird der Transistor im „starken" C-Klasse-Betrieb gehalten, so ist der Stromflußwinkel lediglich relativ klein. Ein solcher Betrieb ist erstrebenswert, wenn die Versorgungsspannung des Leistungstransistors hoch ist, d. h. wenn die Batterie einen guten Ladezustand hat. Läßt dagegen der Ladezustand der Batterie beispielsweise in einem mobilen Endgerät nach, so sinkt damit auch die Ausgangsleistung des Verstärkers. Diesem Leistungsabfall kann in gewissen Grenzen durch eine erfindungsgemäße Kompensationsschaltung begegnet werden, dahingehend, daß die Basis-Betriebsspannung näher an den Basis-Emitter-Spannungsabfall hin gesteuert wird, so daß der Stromflußwinkel erhöht wird, um gewünschte Ausgangsleistungspezifikationen zu erhalten. Die Kompensationseinrichtung 13 ist somit ausgebildet, um entweder auf den U_BE-Vervielfacher 11 oder auf die Schaltung 12 zum Reduzieren der Arbeitsspannung oder auf sowohl die Schaltung 11 als auch die Schaltung 12 einzuwirken, um die Basis-Betriebsspannung U₂ abhängig von der Versorgungsspannung V_CC zu steuern, wie es nachfolgend erläutert wird.
Nachfolgend wird anhand von 2 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltung zum Liefern einer Basis-Betriebsspannung für einen Bipolartransistor dargestellt. Der Arbeitspunkt-Steuerstrom I₁ wird von einem U/I-Konverter 40 geliefert, der aus einem Konverter-Transistor 41 und aus einem Emitterwiderstand für diesen Konverter-Transistor 41, der in 2 mit 42 bezeichnet ist, besteht. Eine Steuerspannung wird an eine Basis des Konverter-Transistors 41 angelegt, wobei diese Steuerspannung in 2 bei 43 symbolisch dargestellt ist und bei einer realen Schaltung eine an dem Ausgang eines Digital/Analog-Wandlers anliegende Spannung ist, die direkt an die Basis des Konverter-Transistors 41 angelegt wird. Die U/I-Konverterschaltung 40 führt dazu, daß ein Kollektorstrom zur Masse fließt. Dieser Kollektorstrom wird gemäß einem pnp-Stromspiegel 44, der durch die Versorgungsspannung V_CC gespeist wird, in den Arbeitspunkt-Steuerstrom I₁ abgebildet.
Der pnp-Stromspiegel besteht aus 2 pnp-Transistoren 44a, 44b, deren Emitter mit der Versorgungsspannung V_CC verbunden sind, deren Basisanschlüsse miteinander verbunden sind, und wobei Kollektor und Basis des Spiegel-Transistors 44a kurzgeschlossen sind, um gewissermaßen eine Strompolaritätsumkehr des Emitterstroms durch den Transistor 41 zu erreichen, um den Arbeitspunkt-Steuerstrom I₁ zu erhalten.
Der Arbeitspunkt-Steuerstrom I₁ wird an den Basis-Emitter-Spannungs-Vervielfacher 11 angelegt, der neben einem Bipolartransistor T₁ zwei Widerstände R₅ und R₆ aufweist, die einen Spannungsteiler bilden. Im einzelnen hat der Bipolartransistor T₁ einen Emitter, der mit dem Massepotential verbunden ist, und einen Kollektor, an dem die Arbeitsspannung U₁ anliegt. Die Basis des Bipolartransistors ist mit einem Zwischenknoten 46 verbunden, wobei der Widerstand R₅ zwischen den Zwischenpunkten 46 und den Kollektor des Bipolartransistors T₁ geschaltet ist, und wobei der Widerstand R₆ zwischen den Zwischenknoten 46 und Masse geschaltet ist. Optional ist ferner zwischen die Versorgungsspannung V_CC und den Zwischenknoten ein Kompensationswiderstand R₁ geschaltet. Darüber hinaus optional ist zwischen den Zwischenknoten 46 und Masse eine vorzugsweise zur Temperaturkompensation eingesetzte Stromquelle I₂ geschaltet.
Die Schaltung 12 zum Reduzieren der Arbeitsspannung umfaßt bei einem ersten Ausführungsbeispiel lediglich den Emitterfolger T₂, dessen Basis mit dem Kollektor des Bipolartransistors T₁ verbunden ist, dessen Kollektor mit V_CC verbunden ist und an dessen Emitter die Basis-Betriebsspannung U₂ anliegt, mit der der Leistungsverstärkertransistor T₄ arbeitspunktmäßig versorgt wird. Die Spannung U₂ ist aufgrund des Basis-Emitter-Spannungsabfalls der Emitterfolgertransistors T₂ dann kleiner als ein Basis-Emitter-Spannungsabfall, wenn der Verstärkungsfaktor des U_BE-Vervielfachers größer als 1 und kleiner als 2 war, wie es nachfolgend dargelegt wird.
Aus später dargelegten Gründen umfaßt die Schaltung 12 zum Reduzieren der Arbeitsspannung U₁ auf die Basis- Betriebsspannung U₂ ferner einen weiteren U_BE-Vervielfacher, der aus einem Vervielfachungstransistor T₃ und den beiden Spannungsteilerwiderständen R₃ und R₄ besteht, wobei die Basis des weiteren Bipolartransistors T₃ mit einem weiteren Zwischenknoten 48 verbunden ist. Der Emitter des weiteren Bipolartransistors T₃ liegt auf Masse, und am Kollektor des weiteren Bipolartransistors T₃ liegt die Basis-Betriebsspannung U₂ an. Der Spannungsteilerwiderstand R₂ ist zwischen den Zwischenknoten 48 und den Kollektor des Bipolartransistors geschaltet, während der zweite Spannungsteilerwiderstand R₄ zwischen den Zwischenknoten 48 und Masse geschaltet ist.
Aus Kompensationsgründen kann ferner ein weiterer Kompensationswiderstand R₂ zwischen dem Zwischenknoten 48 und V_CC vorhanden sein, sowie optional eine dazu parallel geschaltete Stromquelle I₀. Aus Temperaturkompensationsgründen wird ferner eine weitere Stromquelle zwischen dem Zwischenknoten 48 und dem Massepotential, die in 2 mit I₃ bezeichnet ist, bevorzugt.
Die Basis-Betriebsspannung wird über eine serielle Induktivität 50 einer Basis des Verstärkertransistors T₄ zugeführt. Der Emitter des Verstärkertransistors T₄ liegt an Masse, und der Kollektor des Verstärkertransistors ist sowohl mit V_CC (über eine Induktivität) sowie (über eine Kapazität) mit einem Verstärkerausgang verbunden. Darüber hinaus wird das zu verstärkende Signal über einen Hochpaß, der durch eine Kapazität dargestellt ist, der Basis des Verstärkertransistors T₄ zugeführt.
Nachfolgend wird die Funktionsweise der in 2 dargestellten Schaltung dargestellt. Zunächst ist der Spannungs-Strom-Umsetzer 40 vorgesehen, der hier beispielhaft einen npn-Transistor aufweist, der, wie es in 2 gezeigt ist, mit dem pnp-Stromspiegel 44 gekoppelt ist.
Hinsichtlich des U_BE-Vervielfachers wird ein Spannungs-Verstärkungsfaktor x gemäß folgender Gleichung definiert: U1 = x·UBE,wobei x typischerweise zwischen 1,4 und 2 liegt und näherungsweise folgendermaßen berechnet wird: x ≈ R5/R6 + 1.
Für die Betrachtungen der U_BE-Vervielfachung wird zunächst der Einfluß von R₁ und I₂ vernachlässigt.
Der Emitterfolger T₂ puffert die Arbeitsspannung U₁ und reduziert sie, wie es ausgeführt worden ist, um einen Emitter-Basis-Spannungsabfall U_BE. Der Verstärker T₄ wird dann basisseitig mit der Basis-Betriebsspannung U₂ versorgt, die folgendermaßen berechnet wird: U2 = U1 – UBE = (x – 1)·UBE.
Der U_BE-Vervielfacher mit nachgeschaltetem Emitterfolger erlaubt somit Spannungen kleiner U_BE, wie sie für den Klasse-C-Betrieb nötig sind.
Ohne das Vorhandensein des weiteren Bipolartransistors T₃ könnte ein Kollektor-Basis-Durchbruchstrom nicht nach Masse abgeführt werden. Anstelle des Transistors T₃ könnte prinzipiell auch ein Widerstand oder irgend ein anderer Stromweg vorgesehen sein, jedoch müßte dieser Stromweg sehr niederohmig dimensioniert werden, um dieselbe Wirkung zu erzielen. Lösungen außer dem Transistor T₃ haben jedoch den Nachteil eines hohen Querstroms, der einen Wirkungsgradverlust bewirkt, was insofern problematisch ist, da der Klasse-C-Betrieb gerade aufgrund des guten Wirkungsgrads gewählt wird.
Obgleich der Transistor T₃ gewissermaßen ebenfalls unter Verwendung der Spannungsteilerwiderstände R₃ und R₄ als U_BE-Vervielfacher geschaltet ist, sorgen die optionale Stromquelle I₀ und der Widerstand R₃ dafür, daß die Ausgangsspannung U₂ kleiner als ein Basis-Emitter-Spannungsabfall U_BE ist, was aus folgender Gleichung offensichtlich wird: U2 = UBE – IR3·R3 < UBE,wobei für den Strom I_R3 durch den Widerstand R₃ folgender Zusammenhang gilt (der Einfluß von I₃ ist vernachlässigt): IR3 = I0 + (VCC – UBE)/R2 – UBE/R4.
Die Kompensationstransistoren R₁ und R₂ sind vorgesehen, daß bei hoher Betriebsspannung V_CC die Basis-Betriebsspannung U₂ sinkt bzw. daß umgekehrt bei niedrigen Betriebsspannungen V_CC die Basis-Betriebsspannung U₂ ansteigt, wie es für einen robusten Klasse-C-Betrieb notwendig ist. Insbesondere werden der Stromflußwinkel und die Verlustleistung bei hohen Batterie-Versorgungsspannungen V_CC reduziert, während man bei kleineren Batteriebetriebsspannungen näher am Klasse-AB-Arbeitspunkt arbeitet.
Die Stromquellen I₂ und I₃ liefern weitere Freiheitsgrade zum Einstellen weiterer Parameter der Schaltung, wie z. B. eine Beeinflussung des Temperaturkoeffizienten der Schaltung.
Die Ströme der einzelnen Transistoren können, wie es in der Technik bekannt ist, durch Variation der Transistorgrößen eingestellt werden.
4 zeigt eine Kennlinie der Kompensationseinrichtung. Entlang der x-Achse ist der Arbeitspunkt-Steuerstrom I₁ eingetragen, und zwar von 0,0 mA bis 1,0 mA. Entlang der y-Achse ist die Basis-Betriebsspannung in 100 mV-Schritten von 0,1 V bis 0,7 V aufgetragen. Der Parameter in der in 4 gezeig ten Darstellung ist die Batterie-Betriebsspannung V_CC, die von 3 V bis 5 V variiert wird, und zwar in 0,5 V-Schritten. Aus 4 ist zu sehen, daß bei gleichem Arbeitspunkt-Steuerstrom I₁ bei kleinen Batterie-Spannungen V_CC relativ große Basis-Betriebsspannungen vorhanden sind, die nahe bei einem U_BE-Spannungsabfall liegen, während bei hohen Batterie-Spannungen V_CC die Basis-Betriebsspannung sinkt. Am Beispiel eines Arbeitspunkt-Steuerstroms I₁ von 0,5 mA kann bei der 4 zugrundeliegenden Dimensionierung der in 2 gezeigten Schaltung die Basis-Betriebsspannung von 0,63 V auf 0,39 V reduziert werden, wenn die Batterie-Spannung von 3 V auf 5 V steigt bzw. umgekehrt von 5 V auf 3 V fällt.

10: Bipolar-Leistungstransistor
11: U_BE-Vervielfacher
12: Schaltung zum Reduzieren der Arbeitsspannung
13: Kompensationseinrichtung
30: Signalquelle
31: Koppelkondensator
32: Verstärkertransistor
32a: Basis
32b: Kollektor
32c: Emitter
33: Koppelinduktivität
34: Stromquelle
35: Stromspiegeltransistor
36: Kurzschlußleitung
40: U/I-Konverter
41: Konvertertransistor
42: Konverter-Emitterwiderstand
43: Spannungsquelle
44: pnp-Stromspiegel
44a: erster Spiegeltransistor
44b: zweiter Spiegeltransistor
46: Zwischenknoten des UBE-Vervielfachers
48: Zwischenknoten der Schaltung zum Reduzieren
50: Koppelinduktivität
T₁: Bipolartransistor
R₅: erster Teilerwiderstand
R₆: zweiter Teilerwiderstand
R₁: Kompensationswiderstand
I₂: Temperaturkompensationsstromquelle
T₃: Reduzierertransistor
R₃: erster Teilerwiderstand
R₄: zweiter Teilerwiderstand
R₂: Kompensationswiderstand
I₃: Stromquelle zur Kompensation
I₀: Reduktionsstromquelle
T₂: Emitterfolgertransistor
T₄: bipolarer Leistungstransistor
V_CC: Versorgungsspannung

Claims

Schaltung zum Liefern einer Basis-Betriebsspannung (U₂) für einen Bipolartransistor (T₄), mit folgenden Merkmalen: einem Basis-Emitter-Spannungs-Vervielfacher (11) mit einem Bipolartransistor (T₁) zum Liefern einer Arbeitsspannung (U₁) als Reaktion auf einen Arbeitspunkt-Steuerstrom (I₁), wobei die Arbeitsspannung (U₁) gleich einem Basis-Emitter-Spannungsabfall (U_BE) des Bipolartransistors (T₁) des Basis-Emitter-Spannungs-Vervielfacher (11) multipliziert mit einem Spannungs-Verstärkungsfaktor (x) ist, wobei der Spannungs-Verstärkungsfaktor (x) größer als 1 ist; und einer Schaltung (12) zum Reduzieren der Arbeitsspannung (U₁) auf die Basis-Betriebsspannung (U₂), die kleiner als ein Basis-Emitter-Spannungsabfall (U_BE) des Bipolartransistors (T₄) ist, wobei die Schaltung (12) zum Reduzieren der Arbeitsspannung (U₁) auf die Basis-Betriebsspannung (U₂) einen Emitterfolgertransistor (T₂) zum Puffern der Arbeitsspannung und zum Reduzieren der Arbeitsspannung um einen Basis-Emitter-Spannungsabfall des Emitterfolgertransistors (T₂) aufweist.
Schaltung nach Anspruch 1, bei der der Basis-Emitter-Spannungsabfall (U_BE) eine Schleusenspannung einer Basis-Emitter-Diode des Bipolartransistors (T₁) des Basis-Emitter-Spannungs-Vervielfachers (11) ist und insbesondere für einen Bipolartransistor (T₁) des Basis-Emitter-Spannungs-Vervielfachers (11) aus Silizium 0,6 V beträgt.
Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, bei der der Basis-Emitter-Spannungs-Vervielfacher (11) einen Arbeitsspannungsausgang zum Ausgeben der Arbeitsspannung (U₁) aufweist, und bei der der Emitterfolger-Transistor (T₂) eine Basis, einen Emitter und einen Kollektor aufweist, wobei die Basis mit dem Arbeitsspannungsausgang verbunden ist, wobei an dem Emitter die Basis-Betriebsspannung (U₂) ausgebbar ist, und wobei an dem Kollektor eine Versorgungsspannung (V_CC) anlegbar ist.
Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner eine Einrichtung zum Liefern eines Arbeitspunkt-Steuerstroms aufweist, die einen U/I-Konverter (40) umfaßt.
Schaltung nach Anspruch 4, bei der ein Spannungseingang des U/I-Konverters (40) mit einem Digital-Analog-Wandler verbindbar ist, und bei dem ein Stromausgang mit einer Stromspiegelschaltung (44) verbindbar ist, um den Arbeitspunkt-Steuerstrom (U₁) zu liefern.
Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Basis-Emitter-Spannungs-Vervielfacher (11) folgende Merkmale aufweist: den Bipolartransistor (T₁) des Basis-Emitter-Spannungs-Vervielfachers (11) mit einer Basis, einem Emitter und einem Kollektor, wobei an dem Kollektor die Arbeitsspannung (U₁) erhaltbar ist, wobei der Emitter mit einem Referenzpotential verbindbar ist, und wobei die Basis mit einem Zwischenknoten (46) verbindbar ist; einen ersten Teilerwiderstand (R₅) zwischen dem Zwischenknoten (46) und dem Kollektor des Bipolartransistors des Basis-Emitter-Spannungs-Vervielfachers (11); und einem zweiten Teilerwiderstand (R₆) zwischen dem Zwischenknoten (46) und dem Referenzpotential.
Schaltung nach Anspruch 6, die ferner eine steuerbare Stromquelle (I₂) zwischen dem Zwischenknoten (46) und dem Referenzpotential aufweist.
Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Stromverstärkungsfaktor kleiner als 2 und insbesondere zwischen 1,4 und 2 einstellbar ist.
Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Schaltung (12) zum Reduzieren der Arbeitsspannung (U₁) folgende Merkmale aufweist: einen Reduziertransistor (T₃) mit einem Emitter, einer Basis und einem Kollektor, wobei der Emitter mit einem Referenzpotential verbindbar ist, wobei die Basis mit einem Zwischenknoten (48) verbindbar ist, und wobei an dem Kollektor die Basis-Betriebsspannung (U₂) erhaltbar ist, einen ersten Teilerwiderstand (R₃), der zwischen den Zwischenknoten (48) und den Kollektor des Reduzierertransistors (T₃) geschaltet ist, und einen zweiten Teilerwiderstand (R₄), der zwischen den Zwischenknoten (48) und das Referenzpotential geschaltet ist.
Schaltung nach Anspruch 9, die ferner eine Stromquelle (I₃) zwischen dem Zwischenknoten (48) und dem Referenzpotential aufweist.
Schaltung nach Anspruch 9 oder 10, die ferner eine Stromquelle (I₀) zwischen dem Zwischenknoten (48) und einem Versorgungsspannungspotential (V_CC) aufweist.
Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner folgendes Merkmal aufweist: eine Kompensationseinrichtung (13) zum Verringern der Basis-Betriebsspannung (U₂), wenn eine Versorgungsspannung (V_CC) des Polartransistors (T₄) ansteigt, oder zum Erhöhen der Basis-Betriebsspannung (U₂), wenn die Versorgungsspannung (V_CC) abfällt.
Schaltung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, die ferner eine Kompensationseinrichtung mit einem Widerstand (R₁) zwischen dem Zwischenknoten (46) und einem Versorgungsspannungspotential (V_CC) aufweist, so daß die Basis-Betriebsspannung verringert wird, wenn die Versorgungsspannung des Bipolartransistors ansteigt, oder daß die Basis-Betriebsspannung (U₂) erhöht wird, wenn die Versorgungsspannung (V_CC) fällt.
Schaltung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, die ferner eine Kompensationseinrichtung mit einem Widerstand (R₂) zwischen dem Zwischenknoten (48) und einem Versorgungsspannungspotential (V_CC) aufweist, so daß die Basis-Betriebsspannung (U₂) verringert wird, wenn die Versorgungsspannung des Bipolartransistors ansteigt, oder daß die Basis-Betriebsspannung (U₂) erhöht wird, wenn die Versorgungsspannung des Bipolartransistors fällt.
Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Bipolartransistor (T₄) ein bipolarer Leistungstransistor ist und die Schaltung ausgebildet ist, um den bipolaren Leistungstransistor in einem Klasse-C-Betrieb zu betreiben.
Verstärkerschaltung mit folgenden Merkmalen: einem Bipolartransistor (T₄) mit einer Basis, einem Kollektor und einem Emitter; einer Schaltung zum Liefern einer Basis-Betriebsspannung (U₂) für den Bipolartransistor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche; wobei der Kollektor des Bipolartransistors (T₄) mit einer Versorgungsspannung (V_CC) koppelbar ist, wobei die Basis des Bipolartransistors (T₄) mit einem zu verstärkenden Signal sowie der Basis-Betriebsspannung (U₂) koppelbar ist, wobei der Emitter des Bipolartransistors (T₄) mit einem Referenzspannungspotential koppelbar ist, und wobei ein verstärktes Signal an dem Kollektor des Bipolartransistors (T₄) ausgebbar ist.