DE3142607C2 - Differential amplifier with Darlington output - Google Patents
Differential amplifier with Darlington outputInfo
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Abstract
Bei einem Differenzverstärker mit Darlingtonausgang mit zwei Transistorpaaren und einer Darlingtonstufe ist jeder Emitter jedes ersten Transistorpaares mit einem zweiten Transistorpaar verbunden, während die Kollektoren des ersten Transistorpaares mit einer Versorgungsspannung verbunden sind. Das zweite Transistorpaar und die Darlingtonstufe sind zum ersten Transistorpaar komplementär.In a differential amplifier with Darlington output with two transistor pairs and a Darlington stage, each emitter of each first transistor pair is connected to a second transistor pair, while the collectors of the first transistor pair are connected to a supply voltage. The second pair of transistors and the Darlington stage are complementary to the first pair of transistors.
Description
der kollektorseitige Ausgang der Darlingtonstufe 21S te Stromquelle. Diethe collector-side output of the Darlington stage 2 1 S th current source. the
Stromquelle oder als Stromspiegel verwendbar ist, dessen Gleichtaktbereich eine Klemme der Versorgungsspannung einschließt und der für bipolate Analogschaltkreisc geeignet ist. Außerdem soll der Differenzverstär-Current source or can be used as a current mirror, the common mode range of which is a terminal of the supply voltage includes and that for bipolate analog circuitsc suitable is. In addition, the differential amplifier
"i ker nach der Erfindung relativ wenige Schaltelemente aufweisen und in integrierter Form wenig Fläche beanspruchen. "I ker relatively few switching elements according to the invention have and take up little space in an integrated form.
Die angegebene Aufgabe wird bei einem Differenzverstärker der eingangs erwähnten Art nach der Erfin-The specified task is in a differential amplifier of the type mentioned according to the invention
K) dung dadurch gelöst, daß jeder Emitter des ersten Transistorpaares mit einem Emitter des zweiten Transistorpaares verbunden ist, daß die Kollektoren des ersten Transistorpaares mit einer Versorgungsspannung verbunden sind, daß das zwei !e Transistorpaar und die Dar-K) manure solved in that each emitter of the first transistor pair is connected to an emitter of the second transistor pair, that the collectors of the first transistor pair are connected to a supply voltage, that the two ! e pair of transistors and the
r. lingioristufe zum ersten Transistorpaar komplementär sind, daß der erste Kollektor des zweiten Transistorpaares mit einer ersten Stromquelle und dem Eingang der Darlinglonstufe verbunden ist und daß der zweite Kollektor und die Basen des zweiten Transistorpaares mit einer /weiten Stromquelle verbunden sind.r. lingiori stage complementary to the first pair of transistors are that the first collector of the second transistor pair with a first current source and the input of the Darlinglon stage is connected and that the second collector and the bases of the second transistor pair with connected to a / wide power source.
Die Erfindung wird im folgenden näher erläutert. Die Fig. I zeigt eine Ausführung als Trennverstärker oder nichtinvertierenden Verstärker. Die Fi g. 2 zeigt eine Ausführung als spannungsgesteuer-The invention is explained in more detail below. Fig. I shows an embodiment as an isolating amplifier or non-inverting amplifier. The Fi g. 2 shows an embodiment as a voltage-controlled
mit der Versorgungsspannung (20) verbunden ist.is connected to the supply voltage (20).
3. Differenzverstärker nach Anspruch I oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß der kollektorseitige Ausgang der Darlingtonstufc (7, 8) als Ausgang (21) der Schaltungsanordnung dient.3. Differential amplifier according to claim I or 2. characterized in that the collector side The output of the Darlington stage (7, 8) is used as the output (21) of the circuit arrangement.
4. Differenzverstärker nach einem der Ansprü ehe ι bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß vom /.weiten Kollektor zu den basen d_i zweiten Transistorpaares (3,4) ein Emitterfolger (15) eingefügt ist.4. Differential amplifier according to one of claims before ι to 3. characterized in that from /.wide Collector to the bases d_i second transistor pair (3, 4) an emitter follower (15) is inserted.
5. Differenzverstärker nach ;inem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kollektor und die Basen des /weiten Transistorpaares (3, 4) mil dem Emitter eines siebten Transistors (16) verbunden sind, daß der Kollektor des siebten5. Differential amplifier according to one of the claims 1 to 4, characterized in that the first collector and the bases of the / wide transistor pair (3, 4) are connected to the emitter of a seventh transistor (16) that the collector of the seventh
l d dl d d
F i g. 3 zeigt eine Ausführung als stromgesteuerte Stromquelle bzw. Stnynspiegcl. DieF i g. 3 shows an embodiment as a current-controlled current source or Stnynspiegcl. the
Fig.4 zeigt eine Ausführung mit verbesserter Symmetrierung und Dreifach-Darlington-Ausgangsstufe. i» und die4 shows an embodiment with improved symmetry and triple Darlington output stage. i »and the
F i g. ) zeigt eine Ausführung als Trennverstärker mit einer anderen Form der Symmetrierung. Dreifach-Darlington-Ausgangsstufe und Ausgangsstrom-Bürde.F i g. ) shows a version as an isolating amplifier with another form of symmetry. Triple Darlington output stage and output current load.
Die Schaltung nach F i g. 1 weist ein erstes Transistors') paar 1, 2 vom pnp-Typ auf, dessen Basen die Eingangsklemmen darstellen und dessen Kollektoren mit dem negativen Pol 18 der Versorgungsspannung verbunden sind, leder Emitter des ersten Transistorpaares ist mit einem limitier des zweiten Transisiorpaares 3, 4 ver-The circuit according to FIG. 1 has a first transistor ') pair 1, 2 of the pnp type, whose bases represent the input terminals and whose collectors with the negative pole 18 of the supply voltage are connected, the emitter of the first transistor pair is connected to a limit of the second pair of transistors 3, 4
Transistors mit der ersten Stromquelle (5) und dem 4o bundcn. Der erste Kollektor des /weiten Transistorpaa-Transistor with the first current source (5) and the 4o bundcn. The first collector of the / wide transistor pair
Eingang der Darlingtonstufe (14, 7, 8) verbunden ist und daß die Basis des siebten Transistors mit dem zweiten Kollektor des /weiten Transistorpaares (X 4) und der zweiten Stromquelle (6) verbunden ist.Input of the Darlington stage (14, 7, 8) is connected and that the base of the seventh transistor is connected to the second collector of the / wide transistor pair (X 4) and the second power source (6) is connected.
6. Differenzverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß die Darlingtonstufe (14. 7,8) Jstufig ausgeführt ist.6. Differential amplifier according to one of claims 1 to 5, characterized in that the Darlington stage (14.7,8) J is carried out in stages.
7. Differenzverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis b. dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoren der Stromquellen (5, 6) den gleichen Leitungstyp wie die Transistoren des ersten Transislorpaars aufweisen.7. Differential amplifier according to one of claims 1 to b. characterized in that the transistors the current sources (5, 6) have the same conductivity type as the transistors of the first pair of transistors exhibit.
8. Differenzverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine dritte Stromquelle (17) mit einem emitterseitigen Ausgang (18)der Darlingtonstufe verbunden ist.8. Differential amplifier according to one of claims 1 to 7, characterized in that a third Current source (17) is connected to an emitter-side output (18) of the Darlington stage.
Die Erfindung betrifft einen nifl'cren/\ersiärker mit Darlingionaiisgaiig mit einem ersten Transisioi paar, dessen Basen die Eingangsklcmmeii darstellen, mit einem /weiten Transistorpaar sowie mit einer Darling lonstufe.The invention relates to a nifl'cren / \ ersiärker with Darlingionaiisgaiig with a first transitional couple, whose bases represent the input terminals, with a / wide transistor pair as well as with a darling lon level.
Der Erfindung liegt die Aufgabe /tigniiide. einen l)ii feren/vei starker mit Dai'lingtonausgang ;,n/iigehen. tier vor allem als liochuertiiicr I ivnm erstärker, als res ist mit einer Stromquelle 5 und dem Eingang von zwei Transistoren 7, 8 in Darlingtonschaltung verbunden. Am /weiten Kollektor des /weiten Transistorpaares sind die Basen und eine zweite Stromquelle 6 angeschlossen. Die Kollektoren der Darlingtontransistoren 7, 8 sind mit der positiven Versorgungsspannung verbunden. Der cmilterseiiigc Ausgang ist der Ausgang (21) des Verstärkers. Im Falle des niehtinveriierenden Verstärkers V > I ist der Ausgang über einen Spannungsteiler, bestehend aus den Widerständen 9 und mit dem invertierenden Eingang, im Falle des Trennverstärkers V = I direkt mit dem invertierenden Eingang verbunden.The object of the invention is / tigniiide. a l) ii feren / vei stronger with Dai'lington exit; tier above all as liochuertiiicr I ivnm stronger than res is connected to a current source 5 and the input of two transistors 7, 8 in a Darlington circuit. The bases and a second current source 6 are connected to the / wide collector of the / wide transistor pair. The collectors of the Darlington transistors 7, 8 are connected to the positive supply voltage. The cmilterseiiigc output is the output (21) of the amplifier. In the case of the non-inverting amplifier V> I, the output is connected via a voltage divider, consisting of the resistors 9 and to the inverting input, in the case of the isolating amplifier V = I directly to the inverting input.
Der von der zweiten Stromquelle 6 angetriebene Strom fließt durch je einen Transistor 4,2 der Transistorenpaarc und stellt die Spannung an den Basen des /weiten Transistorpaares ein. Je nach der Spannungsdifferenz an den Eingängen stellt sich der Strom durch die linksseitigen Transistoren 1, 3 der Transistorpaare ein.The current driven by the second current source 6 flows through one transistor 4, 2 of each transistor pair and sets the voltage at the bases of the / wide transistor pair. Depending on the voltage difference the current through the left-hand transistors 1, 3 of the transistor pairs is established at the inputs.
ι Dieser Strom wird mit dem Strom der ersten Stromquelle ■> /ur Differenz gebr.ichl und steuert den Kingang der Daifingtonstufe. Die Rückkopplung des Ausgangs 21 auf den invertierenden Eingang 19 bewirkt eine Nachführung der invertierenden Einganges /um nichtι This current is with the current of the first power source ■> / ur difference gebr.ichl and controls the Kingang the Daifington stage. The feedback of the output 21 to the inverting input 19 causes a Tracking of the inverting input / um not
. invertierenden Eingang.. inverting input.
Die sich ei gebende innere Verstärkung ist einerseits so hoch. (I.iß sie in den meisten Anwendungen ausreicht, andererseits so klein, daß keine Si a bi Ii tats problem r aiii-On the one hand, the internal reinforcement that emerges is so tall. (If it is sufficient in most applications, on the other hand so small that no Si a bi Ii tats problem r aiii-
lreten. Insofern werden keinerlei Hilfssehaltelemenie zur Frequenzgangskompensation benötigt. Die Schallung benötigt im Kern 6 Transistoren und zwei Widerstände, als Trennverstärker keinen einzigen Widerstand. Durch den Darlington-Ausgang sind hohe Ausgangsströme trotz kleiner Ruheströme erzielbar.lreten. In this respect, there are no auxiliary holding elements required for frequency response compensation. The circuit requires 6 transistors and two resistors in the core, as an isolation amplifier not a single resistor. Due to the Darlington output there are high output currents achievable despite small quiescent currents.
Die Fig.2 zeigt die Ausführung der Schaltung als spannungsgesteuerte Stromquelle. Die am Eingang 22 gegen die negative Klemme der Stromversorgung angeschlossene Spannung 23 wird entsprechend der Funktion als Trennverstärker dem ausgangsseitigen Konversionswiderstand 10 zugeführt und der dadurch erzeugte Strom über die Darlingtonstufe mit der Ausgangsklemme 24 in einen Lastwiderstand 11 geleitet. Dabei unterscheidet sich der durch den Lastwidersland 11 fließende Strom nur um die Differenz der Basisströme der Transistoren 2 und 7 vom Strom durch den Konversionswiderstand 102 shows the implementation of the circuit as a voltage-controlled current source. The one at entrance 22 connected to the negative terminal of the power supply voltage 23 is according to the function fed as an isolating amplifier to the conversion resistor 10 on the output side and the one generated thereby Current passed through the Darlington stage with the output terminal 24 in a load resistor 11. It differs the current flowing through the load impedance 11 is only the difference between the base currents of the transistors 2 and 7 from the current through the conversion resistor 10
Bei der Ausführung als stromgesteuerte Stromquelle nach Fig. 3 ist gegenüber Fig.2 ein zweiter Konversionswiderstand i2am Eingang vorgesehen, der den aus der Quelle 13 einfließenden Strom zunächst in eine Spannung umformt. Die Stromübersetzung der Schaltung entspricht dem Verhältnis der Konversionswiderstände 10 und 12. Gegenüber üblichen Stromspiegeln, die vom Flächenverhältnis zweier Transistoren ausgehen, kann so eine höhere Genauigkeit erreicht werden, weil in einer integrierten Schaltung ein Widerstandsverhältnis genauer als ein Transistorflächenverhältnis realisiert werden kann.In the embodiment as a current-controlled current source according to FIG. 3, there is a second conversion resistor compared to FIG i2 is provided at the input, which initially converts the current flowing in from the source 13 into a Transforms tension. The current translation of the circuit corresponds to the ratio of the conversion resistances 10 and 12. Compared to conventional current mirrors, which are based on the area ratio of two transistors, a higher accuracy can be achieved because of a resistance ratio in an integrated circuit can be realized more precisely than a transistor area ratio.
In den Schaltungen nach den Fig. 1—3 kommt es zu einer Unsymmetrie, da die Basisströme des zweiten Transistorpaares vom Strom der Stromquelle 6 subtrahiert werden. Zur Verminderung dieses Einflusses ist nach F i g. 4· ein siebter Transistor 15 vorgesehen dessen Emitter mit den Basen und dessen Basis mit dem zweiten Kollektor des /weiten Transistorpaares 3,4 verbunden ist. während sein Kollektor an der positiven Vcrsorgungsspannung 20 angeschlossen ist. Dadurch wird die Störung im die Stromverstärkung des siebten Transistors reduziert. Entsprechend kann auch die Störung durch den Eingangsstrom der Darlingtonstufe reduziert werden, indem ein weiterer Transistor 14 vorgeschaltet wird.In the circuits of FIGS. 1-3 it occurs an asymmetry, since the base currents of the second transistor pair are subtracted from the current of the current source 6 will. To reduce this influence, according to FIG. 4 · a seventh transistor 15 is provided thereof Emitter with the bases and its base connected to the second collector of the / wide transistor pair 3.4 is. while its collector is connected to the positive supply voltage 20. This will make the Disturbance in the current gain of the seventh transistor reduced. The interference caused by the input current of the Darlington stage can also be reduced accordingly by connecting a further transistor 14 upstream will.
Eine andere Möglichkeit /ur Verbesserung der Symmetrie ergibt sich durch Anwendung der sogenannten Wilsonschaltung nach Fig. 5. Dabei werden die Basen des zweiten Transistorpaarcs 3, 4 mit dem ersten Kollektor verbunden, an dem auch der Emitter des siebten Transistors 16 angeschlossen ist. Der Kollektor des siebten Transistors ist am Eingang der Durlingtonstufe und der erstei Stromquelle 5 und die Basis des siebten Transistors ist am zweiten Kollektor des /weiten Transistorpaares 3, 4 und der zweiten Stromquelle 6 angeschlossen. Die Anwendung dieser Schaltung ergibt bei gleichen Transistoren eine nahezu vollkommene Sym.neiric. Another possibility / ur improvement of the symmetry results from the use of the so-called Wilson circuit according to FIG. 5. The bases of the second transistor pair 3, 4 connected to the first collector, which also has the emitter of the seventh Transistor 16 is connected. The collector of the seventh transistor is at the input of the Durlington stage and the first current source 5 and the base of the seventh transistor is at the second collector of the / wide transistor pair 3, 4 and the second power source 6 connected. The application of this circuit results in the same Transistors have an almost perfect symmetry.
In den Schaltungen nach den F-' i g. ! bis 3 ist der Ausgangsstrorn proportional zur Spannung über der negativen Versorgungsleitung und geht gegen null, wenn diese gegen null geht. Spannungssprünge, die mil einer Vor· minderung der Ausgangsspannung verbunden sind, verlaufen dadurch langsamer als positive Spannungssprünge. Zur Verminderung dieses Effektes dient die in I- i g. 5 dargestellte Stromquelle 17. die für eine konstante Strombürde der Darlingtonstufc sorgt. Infolge der Res;· spannung des Stroir>iniellcntransistors darf dann die Alisgangsspannung nicht zu null gemacht werden.In the circuits according to FIGS. ! to 3 is the output current proportional to the voltage across the negative supply line and approaches zero when this goes towards zero. Voltage jumps that occur with a reduction of the output voltage are connected therefore slower than positive voltage jumps. To reduce this effect, the in I-i g. 5 17 shown current source, which ensures a constant current burden of the Darlington stage. As a result of the res; · voltage of the strobe> iniellcntransistor may then the Output voltage cannot be made zero.
Die in den l· i g. 1 bis 5 dargestellten Schaltungen können ebensogut komplementär ausgeführt werden, wobei pnp-Tiansistoren durch npn-Transistoren und umgekehrt zu ersetzen sind und die Polarität der Versorgungsspannung umzukehren ist.The in the l · i g. 1 to 5 illustrated circuits can just as well be carried out complementary, with pnp-Tiansistors by npn-transistors and vice versa are to be replaced and the polarity of the supply voltage is to be reversed.
I lierzu 3 Blatt ZeichnungenI lierzu 3 sheets of drawings
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