DE19616443A1 - Gegentakt-Endstufe für analoge und digitale Schaltungen - Google Patents

Description

In digitalen Schaltkreisen wie z. B. bei einem UND-Gatter ist zur Realisierung der ei­ gentlichen Funktion keine Gegentakt-Endstufe ( Gegentakt-Ausgang) notwendig. Muß das UND-Gatter aber einen großen Strom liefern, ist es von Vorteil, eine Gegentakt-Endstufe zu verwenden, um die Leistungsaufnahme des Gatters gering zu halten. Es ist bekannt, diese Aufgabe mit der Totempole Endstufe ( Totempole Ausgang) zu lösen. Der Totempole Ausgang hat allerdings den Nachteil, daß beim Wechseln des Logischen Zustandes von "H" auf "L" und umgekehrt kurzzeitig ein großer Strom gleichzeitig durch beide Endtransistoren fließt. Dieser 10 bis 20 ns andauernde Querstrom wird über einen Widerstand auf 10 bis 15 mA begrenzt. Dieser Begrenzungswiderstand begrenzt aber auch den maximalen Ausgangsstrom der End­ stufe auf 10 bis 20 mA. Des weiteren verursacht der kurzzeitige Querstrom durch die beiden Endtransistoren einen kurzen Einbruch auf der Betriebsspannungsleitung, so daß Entkoppelkondensatoren nötig sind, die die Betriebsspannung wieder "glätten". Wenn größere Ausgangsströme nötig sind, werden Transistoren mit offenem Kol­ lektor ("open collektor") oder offenem Emitter verwendet. Diese können aber eine an den Ausgang angeschlossene Kapazität schnell aufladen, aber nur langsam entladen und umgekehrt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gegentakt-Endstufe zu realisieren, die keine Störimpulse verursacht und einen großen Ausgangsstrom zu liefern imstande ist.

Mit der Erfindung sind bei großen Kapazitäten am Ausgang kürzere Schaltzeiten möglich. Große Kapazitäten treten z. B. bei Vernetzung von Computern über lange Kabel auf. Aber auch der Anschluß eines Druckers über ein Kabel ist mit großen Kapazitäten verbunden, so daß die Verwendung einer Endstufe mit großem Aus­ gangsstrom sich lohnt.

Die Aufgabe wird durch die im Patentanspruch aufgeführten Merkmale gelöst.

Fig. 1 zeigt die Erfindung

Fig. 2 zeigt die Eingangsseite eines TTL-Gatters mit Schaltkapazität.

Fig. 1:

Die Transistoren T1 und T2 stellen die Endtransistoren der Endstufe dar. T2 ist mit T1 derart gekoppelt, daß er sperrt, wenn T1 Strom liefert und umgekehrt. Im Ruhe­ zustand, wenn an den Ausgang keine Last angeschlossen ist und T4 gesperrt ist, fließt durch die Endtransistoren ein Ruhestrom. Dieser Ruhestrom wird bestimmt von dem Spannungsabfall über R3 und von dem Widerstandswert von R1.

Bei fehlendem Widerstand R2 sind der Emitterstrom von T2 und der Strom durch R1 gleich (bei Vernachlässigung des Basisstroms von T3). Der Spannungsabfall über R1 beträgt 0.6 V, so daß die Dioden D1 und D2 gesperrt sind. Die Basen von T1 und T3 führen gleiches Potential, so daß dem Transistor T1 eine Kollektor-Basis-Spannung von 0,6 V verbleibt.

Wenn an den Ausgang ein Widerstand gegen Masse angeschlossen wird, liefert T1 Strom, die Dioden D1 und D2 schalten durch. Die negativer werdende Spannung am Emitter von T3 schaltet T3 und damit T2 ab.

Wenn an den Ausgang ein Widerstand gegen die Betriebsspannung angeschlossen wird, sperrt T1 etwas. Sein Kollektor wird positiver. Die positiver werdende Span­ nung am Emitter von T3 steuert T3 auf, und daraufhin führt T2 einen größeren Kol­ lektorstrom.

Wird an den Ausgang der Endstufe der Eingang eines TTL-Gatters mit Schaltkapazität Cs angeschlossen (Fig. 2), ergibt sich folgender Funktionsablauf: Wenn T4 ge­ sperrt war und durchschaltet (HL-Sprung am Ausgang), sperrt T1 sofort, weil seine Basis negativer wird, während die Schaltkapazität den Ausgang der Endstufe auf einem konstanten Potential hält. Nach der Einschaltzeit von T3 schalten T3 und T2 durch; T2 entlädt die Schaltkapazität Cs. Wenn T4 ganz durchgeschaltet ist, beträgt die Basis-Emitter-Spannung von T1 nur noch ca. 0,4 V, so daß T1 sperrt. T2 bleibt durchgeschaltet, weil er über R1 und T3 seinen Basisstrom bekommt. Es fließt ein Strom durch R (Fig. 2) und T2.

Wenn T4 sperrt, wird Cs über T1 aufgeladen. Die Spannung am Ausgang steigt an. Danach fließt durch die beiden Endtransistoren nur noch ein Ruhestrom. Dieser Ruhe­ strom ist ein Maß für den maximalen Ausgangsstrom der Endstufe. Wenn dieser ge­ samte Ruhestrom anstatt durch den Kollektor von T2 durch die Basis fließt, beträgt der Gesamtstrom, den T2 aufnehmen kann, das Hundertfache (Stromverstärkung) des Ruhestroms.

Der Nachteil der Erfindung gegenüber dem TotemPole-Ausgang ist, daß der "HL"- Sprung am Ausgang wegen T3 länger dauert. Dieser Nachteil wird aber bei kapa­ zitiver Last durch den großen Ausgangsstrom wieder wettgemacht. Der Vorteil gegenüber dem TotemPole-Ausgang ist, daß beim Wechseln des Logischen Zustandes kein Kurzschlußstrom entseht.

Die Erfindung ist auch als Endstufe für analoge Schaltungen gut geeignet, weil sie keinen PNP-Leistungstransistor enthält. In integrierter Technik haben PNP-Leistungs­ transistoren den Nachteil, daß sie auf dem Chip großen Platz beanspruchen. Außerdem wäre diese Analog-Endstufe TTL-kompatibel.

Claims (1)

1. Der Kollektor eines Transistors T1 (NPN) führt über einen Widerstand R1 zur Be­ triebsspannung, während sein Emitter mit dem Kollektor eines weiteren Transistors T2 verbunden ist. Der Emitter von T2 (NPN) führt zum Minuspol der Betriebsspannung (Masse). Dem Widerstand R1 sind zwei in Reihe geschaltete Dioden parallel geschal­ tet, die auch in Durchlaßrichtung geschaltet sind. Eine der Dioden ist eine Silizium­ diode, die zweite eine Schotky-Diode. Der Emitter eines weiteren Transistors T3 (PNP) ist mit dem Kollektor von T1 verbunden, während sein Kollektor zur Basis von T2 führt. Von der Basis von T2 führt ein Widerstand zur Masse. Sowohl die Basis von T1, als auch die von T3 führen gleiches Potential. Letztlich ist an die Basis von T1 ein weiterer Transistor T4 (NPN) angeschlossen, dessen Emitter zur Masse und dessen Kollektor zur Basis von T1 führt. Der Verbindungspunkt des Emitters von T1 mit dem Kollektor von T2 bildet den Ausgang der Endstufe. Hier kann z. B. über einen Elektrolytkondensator ein Lastwiderstand angeschlossen werden. Dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektorstrom von T1 über T3 mit der Basis von T2 so gekoppelt ist, daß der Basisstrom von T2 kleiner wird, wenn der Kollektorstrom von T1 wächst und umgekehrt.