DE2233260C2

DE2233260C2 - Quasi-komplementäre Schaltung

Info

Publication number: DE2233260C2
Application number: DE2233260A
Authority: DE
Inventors: Shinsuke Kodaira Tokyo Iguchi; Yoshio Kokubunji Tokyo Sakamoto
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1971-07-09
Filing date: 1972-07-06
Publication date: 1983-08-04
Also published as: DE2233260A1; US3813606A; JPS4818055U; GB1338529A

Description

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Die Erfindung betrifft eine quasi-komplementäre Schaltung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung.

Aus Fig. 10 der US-Patentschrift Nr. 31 97 710 ist eine derartige Schaltung bekannt, die anhand' von Fig. 1 der beigefügten Zeichnung erläutert werden soll. Bei der bekannten Schaltung bilden Transistoren 7"4 und 7*5 einen ersten Transistorkreis Tn und Transistoren 71 bis 73 einen zweiten Transistorkreis Tp. Beim Betrieb dieser Schaltung fließt die positive Halbwelle des aus der Quelle Vin stammenden Eingangssignals über den ersten Transistorkreis Γη,während seine negative Halbwelle über den zweiten Transistorkreis Tp fließt. Die Stromverstärkungsfaktoren der beiden Transistorkreise Tn und Tp sind jedoch nicht aufeinander abgestimmt, da der die erste Stufe des zweiten Transistorkreises Tp bildende Transistor TX eine Phasenumkehr bewirkt. Bei diesem in integrierter Schaltungsweise ausgeführten PNP-Transistor 71 handelt es sich um einen Lateraltransistor, dessen Stromverstärkungsfaktor h_f, verhältnismäßig geringer ist als der Stromverstärkungsfaktor der Vertikaltransistoren TI bis TS. Beispielsweise liegt dieser Faktor bei einem Lateraltransistor im Bereich von 5 bis 15, bei einem Vertikaltransistor dagegen im Bereich von 50 bis 70. Aufgrund dieser mangelnden Anpassung tritt am Ausgang O der bekannten Schaltung ein Signal auf, das gegenüber dem Eingangssignal erheblich verzerrt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine qua· si-komplementäre Schaltung der eingangs bezeichneten Gattung zu schaffen, die sich in einfacher Weise als integrierte Schaltung herstellen läßt und mit wesentlich verringerter Verzerrung arbeitet.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe-ist im 'Kennzeichenteil des Patentanspruchs I angegeben. ' Durch den dahach-zusätzlich zu dem ersten Lateraltransistor vorgesehenen und mit diesem einen PNP-Ersatztransistor bildenden zweiten Lateraltransistor läßt sich der Stromverstärkungsfaktor des zweiten Transistorkreises an den des ersten Transistorkreises anpassen, so daß die oben beschriebene Signalverzerrung verringert wird. EiEe optimale Anpassung wird dabei in der Weiterbildung der Erfindung nach Patentanspruch 2 erreicht

Aus der US-Patentschrift Nr. 33 91 311 und ähnlich auch aus den deutschen Offenlegungsschriften. Nr. 18 00 796 und 19 43 841 ist zwar die Schaltung von NPN- und PNP-Ersatztransistoren bekannt Diese Druckschriften befassen sich jedoch mit anderen Aufgaben und enthalten insbesondere keinen Hinweis darauf, den genannten Ersatztransistor mit der bekannten quasi-komplementären Schaltung derart funktionell zu verschmelzen, daß eine Verringerung der Signalverzerrungen erreicht wird.

Ein Ausführungsheispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert In der Zeichnung zeigt

Fig. 1, die oben bereits abgehandelt wurde, eine quasi-komplementäre Schaltung nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 das Schaltbild eines Ersatztransistors, wie er in dem Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet wird,

Fig. 3 ein Schaltbild der quasi-komplementären Schaltung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und

Fig. 4 einen Querschnitt durch einen Teil der in integrierter Schaltungsbauweise ausgeführten Schaltung nach Fig. 3.

Die in Fig. 2 gezeigte Schaltung enthält einen ersten pnp-Transistor T₆, einen zweiten pnp-Transistor T₇, eine an die Basis des ersten Transistors T₆ und an die Basis und den Kollektor des zweiten Transistors T₁ angeschlossene Eingangsklemme B, eine an den Kollektor des ersten Transistors T₆ angeschlossene Ausgangsklemme C und eine gemeinsame Klemme E, die an die Emitter, des ersten Transistors T₆ und des zweiten Transistors T₁ angeschlossen ist.

Die Transistorschaltung der Fig. 2 arbeitet als pnp-Ersatztransistor t„ dessen Faktor h_fe gering ist. Die Eingangsklemme B bildet den Basisanschluß, die gemeinsame Klemme E den Emitteranschluß und die Ausgangsklemme C den Kollektoranschluß. Wie sich aus den folgenden Erläuterungen ergibt, ist der Faktor h_ft des Ersatztransistors 7*. etwa gleich 1. Die Emitterströme des ersten Transistors T₆ und des zweiten Transistors T₁ werden als h_fe6 · ib₆ + W₆ beziehungsweise h/_tl ■ Ib₁ + W₁ und die Kollektorströme des ersten Transistors T₆ und des zweiten Transistors T₁ als h/_e6 ■ Ib₆ bzw. h_ftl ■ ib-, bezeichnet. h_fe6 ist der Stromverstärkungsfaktor des ersten Transistors T₆, wenn die an die Klemmen C und fangelegte elektrische Spannung wesentlich höher ist als die an die Klemmen B und £ angelegte. h_/el ist der Stromverstärkungsfaktor des zweiten Transistors T₁, wenn die Klemmen C und B elektrisch kurzgeschlossen sind. Ib₆ und Ib₁ sind die Basisströme des ersten Transistors T₆ bzw. des zweiten Transistors T₁.

Ein in die Eingangsklemme B fließender elektrischer Strom kann durch folgenden Ausdruck wiedergegeben werden: (h_/el +\)-ib-, + ib₆. Der Kollektorstrom des ersten Transistors T₆ von der Ausgangsklemme C wird

hftt · 'A₆- Daraus ergibt sich für den Ersatztransistor T_c folgender Verstärkungsfaktor:

Da die Emitter- und Basisanschlüsse des ersten und zweiten Transistors jeweils miteinander verbunden sind, kann angenommen werden, daß /A₆ etwa gleich ib-t ist. Unter dieser Annahme und Vereinfachung ergibt sich die obige Gleichung zu

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Da h_fel wesentlich größer ist als 2, kann die Gleichung wie folgt angenähert werden:

^ = A*=!

"fei

Fig. 3 zeigt ein Beispiel einer quasikomplementärsn Schaltung, die die transistorisierte Schaltung der Fig. 2 enthält. T_s und T₉ bzw. T₁₀ und T_n sind jeweils in Darlington-Schaltung miteinander verbundene npn-Vertikaltransistoren. Die Transistorschaltung T_c besteht aus den beiden pnp-Seitentransistoren T₆ und T₁. Der Emitteranschluß E und der Kollektoranschluß C der Transistorschaltung sind an den Kollektor bzw. die Basis des >o Transistors T₈ angeschlossen. Der Basisanschluß B des Transistors T_c ist zusammen mit der Basis des Transistors T₁₀ an eine Eingangssignalquelle V_1n angeschlossen. V_cc ist eine eiektrische Spannungsquelle, C₀ ein Kondensator, 0 eine Ausgangsklemme und D der Emitteranschluß des Transistors T₈. Die in Fig. 3 gezeigte erfindungsgemäße Schaltung unterscheidet sich von der in Fig. 1 gezeigten dadurch, daß anstelle des in Fig. 1 gezeigten Transistors T₁ die Transistorschaltung T_c mit dem ersten und zweiten Transistor T₆ bzw. T₇ vorgesehen ist. \

Da der Stromverstärkungsfaktor der Transistorschaltung T_c etwa gleich 1 ist, kann die Differenz zwischen den Stromverstärkungsfaktoren der aus den Transistoren T₄ und ^gebildeten Darlingtonschaltung und der aus den Transistoren T₂ und T₃ gebildeten Darlington-Schaltung vermindert werden, so daß das Ausgangssignal nicht verzerrt wird. Vermeidet man auch die unnötige Verstärkung der die Komplementärschaltung bildenden pnp-Transistoren, so ergibt sich eine stabile Arbeitsweise der Schaltung ohne Schwingungen.

Fig. 4 zeigt einen schematischen Querschnitt des Hauptteils einer monolithischen integrierten Schaltung mit der Schaltung der F i g. 1 Der erste und zweite Transistor T₆ bzw. T₁ sind pnp-Seitentransistoren. Der Transistor T_s ist ein npn-Vertikaltransistar. Der erste und zweite Transistor T₆ und T₁ werden gleichzeitig mit dem npn-Vertikiiltransistor T₁ hergestellt.

Aus der vorstehenden Beschreibr? *j ergibt sich, daß mit der erfindungsgemäßen Transisiorschaliung ein Stromverstärkungsfaktor von etwa 1 erreicht werden kann. Die erfindungsgemäße Schaltung ist hauptsächlich bei quasi-komplementären Schaltungen, jedoch auch b.ci Niveauhöhen- bzw. Spannungshöhen-Verschiebungsschaltungen oder Phasenumkehrstufen verwendbar. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Transistorschaltung ist darin zu sehen, daß sie leicht als integrierte Schaltung hergestellt werden kann. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sind zwar der erste und zweite Transistor T₆ und T₁ pnp-Transistoren. Es können jedoch ebenso auch npn-Transistoren verwendet werden. Wichtig ist, daß der erste und zweite Transistor T₆ und T₁ den gleichen Leitfähigkeitstyp aufweisen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

L -Quasi-komplementare Schaltung mit einem -' ersten Transistorkreis (Tn), der einen ersten NPN-Vertikaltransistor (7Ί0) und einen zweiten NPN-Vertikaltransistor (711) in Darlingtonschaltung enthält, sowie einem zweiten Transistorkreis (Tp), der einen dritten NPN-Yertikaltransistor (TS) und einen vierten NPN-Vertikaltransistor (Γ9) in Darlington-Schältung sowie einen ersten PNP-Lateral- iö transistor (TS) umfaßt, wobei das Eingangssignal (Viii) an den Basiselektroden des ersten NPN-Vertikaltransistors (710) und des ersten PNP-Lateraltransistörs (TS) liegt und eine Ausgangsklemme (O) mit der Emitterelektrode, des zweiten [ NPN-Verükaltransistors (711) und der Kollektorelektrode des vierten NPN-Vertifcadtriuisistore (Γ9) verbunden ist, gekennzeichnetdurch einen mit dem ersten PNP-Lateraltransistor (7*6) eineii PNP-Ersatztransistor (7c) bildenden zweiten PNP-Lateraltransistoer(77), dessen Basis- und Kollektorelektroden rnii der Basiselektrode des ersten PNP-Lateraltransistors (TS) und dessen Emitterelektrode mit der Emitterelektrode des ersten PNP-Lateraltransistors (TS) verbunden sind und der im wesentlichen den gleichen Stromverstäikungsfaktor wie der erste PNP-Lateraltransistor (TS) aufweist
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromvefstärkungsfaktor des NPN-Ersatztransistors (Tc) im wesentlichen gleich 1 ist.