NL8702980A

NL8702980A - Video-eindversterkerschakeling.

Info

Publication number: NL8702980A
Application number: NL8702980A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1987-12-10
Filing date: 1987-12-10
Publication date: 1989-07-03
Also published as: US4929912A; DE3884919D1; EP0320062B1; JPH01200707A; KR960011024B1; DE3884919T2; JP2697879B2; KR890010659A; EP0320062A1

Description

f if * PHN 12.367 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Video-eindversterkerschakeling.

De uitvinding heeft betrekking op een video-eindversterkerschakeling, omvattende een met een eerste en een tweede uitgangstransistor samengestelde complementaire emitter- respectievelijk bronelectrodevolger uitgangstrap, waarbij een collector- respectievelijk 5 afvoerelectrode van de eerste uitgangstransistor met een ingang van een eerste stroomspiegelschakeling gekoppeld is en een collector-respectievelijk afvoerelectrode van de tweede· uitgangstransistor van een bundelstroommeetpunt voorzien is en met een uitgang van een tweede stroomspiegelschakeling gekoppeld is, van welke tweede 10 stroomspiegelschakeling een ingang met een uitgang van de eerste stroomspiegelschakeling gekoppeld is, waarbij de eerste stroomspiegelschakeling is samengesteld met een stroomspiegel, waarvan een ingang en een uitgang met de ingang respectievelijk de uitgang van de eerste stroomspiegelschakeling gekoppeld zijn, en een 15 begrenzingsschakeling, die is opgebouwd met een referentiestroombron en een eenzijdig geleidend element, dat een transistor omvat waarvan een emitter- respectievelijk bronelektrode met de ingang van de eerste stroomspiegelschakeling gekoppeld is.

Een video-eindversterkerschakeling van de bovengenoemde 20 soort is bekend uit de nederlandse octrooiaanvrage B502637 (PHN

11.504). Hierin wordt om de dissipatie te beperken de uitgangsstroom van de eerste stroomspiegelschakeling begrensd door de ingang hiervan te verbinden met een tegenkoppelingang van een verschilversterker, waarvan een uitgang via het eenzijdig geleidende element aan die 25 tegenkoppelingang ligt. De andere ingang van de verschilversterker is aan een referentiespanning gelegd, welke wordt opgewekt door een door de referentiestroombron geleverde referentiestroom door een gelijksoortige impedantie te sturen. Bij een te grote stroom vormt dan het eenzijdig geleidende element, dat in de bekende schakeling zowel een diode als een 30 basis-emitterovergang (of gate-source overgang) van een transistor mag zijn, een tegenkoppelsignaalweg die de uitgangsstroom constant houdt op een maximale waarde bepaald door de referentiestroom.

87029 8 0 jr PHN 12.367 2

Hoewel de uitgangsstroom begrensd wordt op deze maximale waarde, blijkt er bij bepaalde signaalvormen toch een ongewenste vermogensdissipatie te kunnen ontstaan.

Het doel van de uitvinding is een video-eindversterker-5 schakeling aan te geven, waarbij deze ongewenste vermogensdissipatie wordt verminderd.

Een video-eindversterkerschakeling van de in de aanhef genoemde soort heeft daartoe volgens de uitvinding als kenmerk dat een stuurelektrode van deze transistor met de referentiestroombron, met een 10 verdere uitgang van de stroomspiegel en via een verder eenzijdig geleidend element met een referentiespanningsaansluiting gekoppeld is, en een collector- respectievelijk afvoerelectrode van de transistor met een voedingsspanningsaansluiting gekoppeld is%, zodat de transistor niet geleidt als een ingangsstroom door de ingang van de eerste 15 stroomspiegelschakeling kleiner is dan een door de referentiestroombron bepaald maximum, en wel geleidt als deze ingangsstroom groter is dan dit maximum.

Het gevolg van de maatregel volgens de uitvinding is dat 20 een tijd benodigd om de uitgangsstroom van de eerste stroomspiegelschakeling zijn eindwaarde te laten bereiken aanzienlijk wordt verkleind, zodat de grootte van stroompieken die bij sommige signaalvormen optreden wordt gereduceerd waardoor de ongewenste vermogensdissipatie wordt verminderd. Omdat de stuurelectrode van de 25 transistor in het eerstgenoemde eenzijdig geleidende element via het verdere eenzijdig geleidende element met de referentiespanningsaansluiting is gekoppeld, wordt de stuurelectrode-potentiaal van deze transistor niet te laag, zodat de tijd benodigd om de uitgangsstroom door de eerstgenoemde uitgang van de eerste 30 stroomspiegelschakeling zijn uiteindelijke waarde te laten bereiken kort blijft. Als namelijk de stuurelectrode-potentiaal in niet-geleidende toestand (ver) beneden de bronelectrode-potentiaal ligt, wordt de tijd benodigd om deze transistor te gaan laten geleiden ongunstig beïnvloedt.

35 Indien een in de beschrijving of de conclusies genoemde transistor als bipolaire transistor is uitgevoerd, wordt de stuurelectrode door de basis ervan gevormd. Indien een transistor als 8702980 i « J?HN 12.367 3 unipolaire transistor is uitgevoerd, wordt de stuurelectrode door de gate ervan gevormd.

Een eerste verdere uitwerking van een 5 video-eindversterkerschakeling volgens de uitvinding heeft als kenmerk dat de strooaspiegel in de eerste stroomspiegelschakeling een eerste, een tweede en een derde transistor omvat waarvan emitter-respectievelijk bronelectrodes met elkaar verbonden zijn, waarvan stuurelectrodes met elkaar verbonden zijn, waarbij de stuurelectrode van 10 de eerste transistor met de emitter- respectievelijk bronelectrode ervan gekoppeld is en waarbij de referentiespanningsaansluiting met de genoemde emitter- respectievelijk bronelectrodes is verbonden.

Een tweede verdere uitwerking van een video-eindversterkerschakeling volgens de uitvinding heeft als kenmerk 15 dat de stroomspiegel in de eerste stroomspiegelschakeling een eerste, een tweede en een derde transistor omvat waarvan emitter-respectievelijk bronelectrodes met elkaar verbonden zijn, waarvan stuurelectrodes met elkaar verbonden zijn, waarbij de stuurelectrode van de eerste transistor met de emitter- respectievelijk bronelectrode ervan 20 gekoppeld is en waarbij de referentiespanningsaansluiting met de genoemde stuurelectrodes gekoppeld is, een collector- respectievelijk afvoerelectrode van de eerste transistor via een zesde transistor met de ingang van de stroomspiegel gekoppeld is, een collector- respectievelijk afvoerelectrode van de tweede transistor via een zevende transistor met 25 de uitgang van de stroomspiegel gekoppeld is en een collector- respectievelijk afvoerelectrode van de derde transistor met de verdere uitgang van de stroomspiegel gekoppeld is, waarbij de collector-respectievelijk afvoerelectrode van de eerste transistor met een emitter-respectievelijk bronelectrode van de zesde transistor gekoppeld is, 30 waarvan een collector- respectievelijk afvoerelectrode en een stuurelectrode met de ingang van de stroomspiegel en met een stuurelectrode van de zevende transistor gekoppeld zijn, van welke zevende transistor een emitter- respectievelijk bronelectrode met de collector- respectievelijk afvoerelectrode van de tweede transistor 35 gekoppeld is en een collector- respectievelijk afvoerelectrode met de uitgang van de stroomspiegel gekoppeld is.

Deze beide verdere uitwerkingen hebben als voordeel dat op eenvoudige 0 8702980 ( r PHN 12.367 4 wijze zonder additionele componenten de benodigde referentiespanning wordt verkregen.

De uitvinding zal aan de hand van de tekening bij wijze 5 van niet beperkend voorbeeld nader worden toegelicht. In de tekening toont fig. 1 een schema van een video-eindversterkerschakeling volgens de uitvinding, fig. 2 een eerste uitgewerkt schema van een eerste 10 stroomspiegelschakeling ten behoeve van de video-eindversterkerschakeling volgens de uitvinding, en fig. 3 een tweede uitgewerkt schema van een eerste stroomspiegelschakeling ten behoeve van de video-eindversterkerschakeling volgens de uitvinding.

15

In fig. 1 ligt een ingang 4, 6 van een video-eindversterkerschakeling aan de bases van een tweetal transistoren 5, 7, waarvan de doorverbonden emitters via een stroombron 9 aan massa liggen. De collector van de transistor 5 is via een stroomspiegel 11 20 verbonden met de basis van een transistor 13, die samen met een transistor 15 een complementaire emittervolger uitgangstrap vormt. De doorverbonden emitters van deze transistoren 13, 15 zijn verbonden met een uitgang 17 van de video-eindversterkerschakeling. De basis van de transistor 13 is via een tweetal diodes 25, 26 met de basis van de 25 transistor 15 en met de collector van de transistor 7 verbonden. De collector van de transistor 13 is met een ingang 1 van een eerste stroomspiegelschakeling 19 verbonden. De collector van de transistor 15 is met een bundelstroommeetpunt 21 en met een uitgang 22 van een tweede stroomspiegelschakeling 23 verbonden. Een ingang 24 van deze tweede 30 stroomspiegelschakeling 23 is met een uitgang 2 van de eerste stroomspiegelschakeling 19 verbonden. Een gemeenschappelijke aansluiting 27 van de tweede stroomspiegelschakeling 23 ligt aan massa. Tot zover komt de video-eindversterkerschakeling volgens de uitvinding overeen met de bekende video-eindversterkerschakeling; zoals beschreven in de 35 genoemde nederlandse octrooiaanvrage 8502637 (PHN 11.504) maakt deze schakeling het mogelijk dat door de uitgangstransistoren een ruststroom loopt terwijl de bundelstroommeting door deze ruststroom niet 87029 80 ί ΡΗΝ 12.367 5 beïnvloedt wordt.

De eerste stroomspiegelschakeling 19 is opgebouwd met een stroomspiegel 29 en een begrenzingsschakeling, die een eenzijdig 5 geleidend element Dl, een verder eenzijdig geleidend element D2 en een referentiestroombron 37 omvat. De stroomspiegel 29 heeft een ingang 31 die met de ingang 1 van de eerste stroomspiegelschakeling 19 verbonden is, een uitgang 33 die met de uitgang 2 van de eerste stroomspiegelschakeling 19 verbonden is, en een verdere uitgang 35 die 10 via de referentiestroombron 37, waardoor een referentiestroom Iref loopt, aan massa ligt. Een gemeenschappelijke aansluiting 39 van de stroomspiegel 29 ligt aan een positieve voedingsspanning. De ingang 1 van de eerste stroomspiegelschakeling 19 is verder verbonden met de source van een het eenzijdig geleidend element D1 vormende veldeffect-15 transistor T4, waarvan de drain met de positieve voedingsspanningsaansluiting verbonden is en de gate met de referentiestroombron 37 verbonden is en via een verder eenzijdig geleidend element D2 met een referentiespanningsaansluiting 41 verbonden is, waarop een referentiepötentiaal Vref aangesloten is.

20 De werking van deze eerste stroomspiegelschakeling 19 is als volgt. Een stroom 11 door de ingang 31 van de stroomspiegel 29 wordt door deze stroomspiegel 29 gespiegeld en resulteert in een stroom 12 door de uitgang 33 en een stroom 13 door de verdere uitgang 35 van de stroomspiegel 29. Indien de stroom 11 zodanig klein is, dat de stroom 13 25 kleiner is dan de referentiestroom Iref, zal het verdere eenzijdig geleidende element D2, dat bijvoorbeeld een diode kan zijn, geleiden.

Een hierdoor geleverde stroom ID2 is dan gelijk aan het verschil Iref-I3. Verder is een gatepotentiaal Vg4 van de transistor T4 dan gelijk aan de referentiepötentiaal Vref minus een spanning Vq2 over 30 het verdere eenzijdig geleidende element D2. De referentiepötentiaal vref moet voor een juiste werking van de begrenzingsschakeling geschikt gekozen worden ten opzichte van een waarde van een ingangspotentiaal aan de ingang 31 van de stroomspiegel 29 die optreedt als de stroom 11 door deze ingang 31 gelijk is aan zijn van de 35 referentiestroom Ire£ afhankelijke maximale waarde ^ef Hoe een geschikte keuze bepaald moet worden zal verderop uiteengezet worden.

Omdat de ingangspotentiaal gelijk is aan een sourcepotentiaal 87019 8 0 t PHN 12.367 6

Vg4 van de transistor T4, zal bij een geschikte keuze van de referentiepotentiaal Vref zolang de stroom 13 kleiner is dan de referentiestroom Iref( een gate-source spanning Vgs4 van de n-type veldeffecttransistor T4 kleiner zijn dan zijn drempelspanning VTN4' 5 zodat deze transistor T4 niet zal geleiden. Een hierdoor geleverde stroom Ijji is dus gelijk aan 0, waardoor de stroom 11 gelijk is aan een ingangsstroom I^n door de ingang 1 van de eerste stroomspiegelschakeling 19.

Als de ingangsstroom I^n, en daarmee de stroom 11, 10 toeneemt, neemt ook de stroom 13 toe, totdat uiteindelijk deze stroom 13 gelijk is geworden aan de referentiestroom Iref- In dit overgangsgeval zal het verdere eenzijdig geleidende element D2 nog net wel geleiden, waarbij geldt dat is afgenomen tot een waarde die optreedt als de stroom ID2 nog net niet gelijk is aan 0. Omdat op dit overgangsmoment 15 met de verdere uitgang 35 van de stroomspiegel 29 uitsluitend hoogohmige elementen zijn verbonden, zal indien de ingangsstroom I^n door de ingang 1 van de eerste stroomspiegelschakeling 19 nog verder toeneemt, zodra de stroom 13 door de verdere uitgang 35 van de stroomspiegel 29 ook maar een fractie groter wordt dan de referentiestroom Iref, de 20 gate-potentiaal Vg4 van de transistor T4 sterk toenemen, zodat het eenzijdig geleidende element D1 zeer snel zal overgaan naar de geleidende toestand. Hierdoor is de tijd benodigd om de uitgangsstroom I0 zijn eindwaarde te laten bereiken zeer klein, en dientengevolge kunnen geen of hooguit zeer geringe stroompieken optreden en is derhalve 25 de ongewenste vermogensdissipatie zeer gering. De stroom 11 door de ingang 31 van de stroomspiegelschakeling 29 blijft, omdat de door de transistor T4 geleverde stroom ID1 nu het tekort Ij_n-Ijej aanvult, gelijk aan zijn maximale waarde ï^ef. Indien de stroomspiegel 29 is opgebouwd met transistoren die gelijke afmetingen 30 hebben, is deze waarde I^ef gelijk aan Iref zelf. Hierdoor kan dus ook de stroom 12 door de uitgang 33 van de stroomspiegel 29, en daarmee een uitgangsstroom I door de uitgang 2 van de eerste stroomspiegelschakeling 19 niet groter worden dan een van de referentiestroom Iref afhankelijke waarde Ij4f· Indies de 35 stroomspiegel 29 is opgebouwd met transistoren die gelijke afmetingen hebben, is ook deze waarde I''f gelijk aan Irei zelf.

De referentiepotentiaal Vref is geschikt gekozen indien 87029 SO ' PHN 12.367 7 ten eerste zoals hiervoor vermeld de transistor T4 niet geleidt zolang de stroom 11 kleiner is dan zijn van de referentiestroom Iref afhankelijke maximale waarde *refr waarbij dus geldt dat Vgs4 kleiner is dan V^4, en indien ten tweede de transistor Γ4 nog net 5 met geleidt zodra II gelijk is aan rref' waarbij dus geldt dat Vgs4 gelijk is aan VTN4· Osdat op dit overgangsmoment de gate-potentiaal Vg4 van de transistor T4 zeer snel toeneemt, kan de referentiepotentiaal vref ook iets lager gekozen worden, zodat zeker is dat zolang de stroom 13 door de verdere uitgang 35 van de 10 stroomspiegel 29 niet groter is dan de referentiestroom Iref, de gate-source spanning Vgs4 van de transistor T4 kleiner is dan zijn drempelspanning VTN4, en de transistor T4 dus niet geleidt. Hoe lager echter de waarde voor de referentiespanning Vrej gekozen wordt, hoe meer de tijd benodigd om de transistor T4 te gaan laten geleiden zal 15 toenemen. Hierdoor kunnen er weer stroompieken ontstaan met als gevolg de genoemde ongewenste vermogensdissipatie.

Indien de eerste stroomspiegelschakeling 19 is uitgevoerd met bipolaire transistoren, is op vergelijkbare wijze een geschikte 20 keuze voor de referentiespanning vref te bepalen met behulp van de voor bipolaire transistoren geldende uitdrukkingen.

In fig. 2, waarin voor overeenkomstige delen dezelfde verwijzingssymbolen zijn gebruikt als in fig. 1, is de stroomspiegel 29 25 opgebouwd met een drietal p-type veldeffecttransistoren T1, T2 en T3, waarbij de ingang 31 van de stroomspiegel 29 met de drain van de transistor T1 verbonden is, waarvan de gates en de sources met de gates respectievelijk de sources van de transistoren T2 en T3 verbonden zijn. De gate van de transistor T1 is verbonden met de drain ervan, zodat deze 30 transistor T1 fungeert als ingangstransistor van de stroomspiegel 29. De drain van de transistor T2 is verbonden met de uitgang 33 van de stroomspiegel 29. Het verdere eenzijdig geleidende element D2 wordt gevormd door een p-type veldeffecttransistor T5, waarvan de source met de gate van de transistor T4 verbonden is en de gate met de 35 referentiespanningsaansluiting 41 verbonden is. De veldeffecttransistor T5 mag in de in deze figuur getoonde schakeling ook van het n-type zijn. De referentiespanningsaansluiting 41 is met de sources van de 8702980 t 4 PHN 12.367 8 transistoren T1, T2 en T3 verbonden, hetgeen in de in deze figuur getekende schakeling een geschikte keuze voor de referentiepotentiaal Vref blijkt op te leveren.

5 Het in fig. 3, waarin voor overeenkomstige delen dezelfde verwijzingssymbolen zijn gebruikt als in fig. 1 en fig. 2, getoonde tweede uitgewerkte schema van de eerste stroomspiegelschakeling 19 ten behoeve van de video-eindversterkerschakeling volgens de uitvinding onderscheidt zich daarin van het in fig. 2 getoonde eerste uitgewerkte 10 schema, dat het verdere eenzijdig geleidende element D2 uitgevoerd is als een n-type veldeffecttransistor T5', waarvan de gate met de referentiespanningsaansluiting 41 verbonden is, de drain met de positieve voedingsspanningsaansluiting verbonden is en de source met de gate van de transistor T4 en de referentiestroombron 37 verbonden is. De 15 referentiespanningsaansluiting 41 is hier verbonden met de gates van de transistoren T1, T2 en T3, zodat de referentiepotentiaal Vre£ gelijk is aan de gate-potentialen van deze transistoren, hetgeen in de in deze figuur getekende schakeling een geschikte keuze voor de referentiepotentiaal Vre^ blijkt op te leveren. Vergeleken met de in 20 fig. 2 getoonde schakeling zijn in de in fig. 3 getoonde schakeling zowel de ingangspotentiaal V31 aan de ingang 31 van de stroomspiegel 29 als de referentiepotentiaal Vref met één gate-source spanning verlaagd. Verder is in onderscheid met fig. 2 het gedeelte van de stroomspiegel 29 dat de transistoren T1 en T2 omvat, uitgevoerd als een 25 "dubbele tweeling" opdat de uitgangsstroom I0 de ingangsstroom I^n nauwkeuriger volgt zolang de stroom 13 door de transistor T3 kleiner is dan de referentiestroom Iref. Hierbij is de drain van de transistor T1 met de source van een transistor T6 verbonden, waarvan de drain met de gate ervan en met de ingang 1 verbonden is. Verder is hierbij de drain 30 van de transistor T2 met de source van een transistor T7 verbonden, waarvan de drain met de uitgang 2 is verbonden en de gate met de gate van de transistor T6 is verbonden. Het zal vanzelf spreken dat de in de fig. 2 en fig. 3 getoonde met unipolaire transistoren uitgevoerde schakelingen ook met bipolaire transistoren kunnen worden uitgevoerd. Zo 35 kunnen ook nog vele andere variaties op de getoonde schakelingen bedacht worden, zonder dat het bereik van de uitvinding zal worden verlaten.

Ö70Z9 80

Claims

1. Video-eindversterkerschakeling, omvattende een met een eerste en een tweede uitgangstransistor samengestelde complementaire emitter- respectievelijk bronelectrodevolger uitgangstrap, waarbij een collector- respectievelijk afvoerelectrode van de eerste 5 uitgangstransistor met een ingang van een eerste stroomspiegelschakeling gekoppeld is en een collector- respectievelijk afvoerelectrode van de tweede uitgangstransistor van een bundelstroommeetpunt voorzien is en met een uitgang van een tweede stroomspiegelschakeling gekoppeld is, van welke tweede stroomspiegelschakeling een ingang met een uitgang van de 10 eerste stroomspiegelschakeling gekoppeld is, waarbij de eerste stroomspiegelschakeling is samengesteld met een stroomspiegel, waarvan een ingang en een uitgang met de ingang respectievelijk de uitgang van de eerste stroomspiegelschakeling gekoppeld zijn, en een begrenzingsschakeling, die is opgebouwd met een referentiestroombron en 15 een eenzijdig geleidend element, dat een transistor omvat waarvan een emitter- respectievelijk bronelektrode met de ingang van de eerste stroomspiegelschakeling gekoppeld is, met het kenmerk, dat een stuurelektrode van deze transistor met de referentiestroombron, met een verdere uitgang van de 20 stroomspiegel en via een verder eenzijdig geleidend element met een referentiespanningsaansluiting gekoppeld is, en een collector-respectievelijk afvoerelectrode van de transistor met een voedingsspanningsaansluiting gekoppeld is, zodat de transistor niet geleidt als een ingangsstroom door de ingang van de eerste 25 stroomspiegelschakeling kleiner is dan een door de referentiestroombron bepaald maximum, en wel geleidt als deze ingangsstroom groter is dan dit maximum.

2. Video-eindversterkerschakeling volgens conclusie 1, met 30 het kenmerk, dat de stroomspiegel in de eerste stroomspiegelschakeling een eerste, een tweede en een derde transistor omvat waarvan emitter-respectievelijk bronelectrodes met elkaar verbonden zijn, waarvan stuurelectrodes met elkaar verbonden zijn, waarbij de stuurelectrode van de eerste transistor met de emitter- respectievelijk bronelectrode ervan 35 gekoppeld is en waarbij de referentiespanningsaansluiting met de genoemde emitter- respectievelijk bronelectrodes is verbonden. Φ 87019 8 0 * PHN 12.367 10

3. Video-eindversterkerschakeling volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de stroomspiegel in de eerste stroomspiegelschakeling een eerste, een tweede en een derde transistor omvat waarvan emitter-respectievelijk bronelectrodes met elkaar verbonden zijn, waarvan 5 stuurelectrodes met elkaar verbonden zijn, waarbij de stuurelectrode van de eerste transistor met de emitter- respectievelijk bronelectrode ervan gekoppeld is en waarbij de referentiespanningsaansluiting met de genoemde stuurelectrodes gekoppeld is, een collector- respectievelijk afvoerelectrode van de eerste transistor via een zesde transistor met de 10 ingang van de stroomspiegel gekoppeld is, een collector- respectievelijk afvoerelectrode van de tweede transistor via een zevende transistor met de uitgang van de stroomspiegel gekoppeld is en een collector-respectievelijk afvoerelectrode van de derde transistor met de verdere uitgang van de stroomspiegel gekoppeld is, waarbij de collector-15 respectievelijk afvoerelectrode van de eerste transistor met een emitter-respectievelijk bronelectrode van de zesde transistor gekoppeld is, waarvan een collector- respectievelijk afvoerelectrode en een stuurelectrode met de ingang van de stroomspiegel en met een stuurelectrode van de zevende transistor gekoppeld zijn, van welke 20 zevende transistor een emitter- respectievelijk bronelectrode met de collector- respectievelijk afvoerelectrode van de tweede transistor gekoppeld is en een collector- respectievelijk afvoerelectrode met de uitgang van de stroomspiegel gekoppeld is. 25

4. Video-eindversterkerschakeling volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het verdere eenzijdig geleidende element een vijfde transistor omvat, waarvan een stuurelectrode met de referentiespanningsaansluiting gekoppeld is en een emitter- respectievelijk bronelectrode met de stuurelectrode van de 30 transistor in het eerstgenoemde eenzijdig geleidende element gekoppeld is. 8702.9 80