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Dokumentenidentifikation DE69726390T2 09.06.2004
EP-Veröffentlichungsnummer 0000849876
Titel Verstärkerschaltung mit grossem dynamischen Bereich und geringem Energieverbrauch
Anmelder Fujitsu Ltd., Kawasaki, Kanagawa, JP
Erfinder Yuasa, Tachio, Nakahara-ku, Kanagawa 211, JP
Vertreter W. Seeger und Kollegen, 81369 München
DE-Aktenzeichen 69726390
Vertragsstaaten DE, FR
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 02.07.1997
EP-Aktenzeichen 971108758
EP-Offenlegungsdatum 24.06.1998
EP date of grant 26.11.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 09.06.2004
IPC-Hauptklasse H03F 3/30

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verstärkerschaltung zum Verstärken von internen Signalen oder Eingangs-/Ausgangssignalen von elektronischen Geräten und Vorrichtungen oder, im besonderen, eine Verstärkerschaltung, die eine Ausgangsstufe eines Operationsverstärkers bildet, der zur Signalverarbeitung in einer analogen elektronischen Schaltung verwendet wird.

2. Beschreibung der verwandten Technik

In herkömmlichen Operationsverstärkerschaltungen der Klasse A wird das lastfreie Ausgangspotential auf einen Punkt festgelegt, der zwischen einer zugeführten Spannung unter Verwendung von einem Strom einer Konstantstromquelle und einem Strom liegt, der von einem Stromkonvertierungstransistor zum Konvertieren des Stromes der Ausgangsspannung einer Differenzverstärkerschaltung zugeführt wird. Der Strom des Stromkonvertierungstransistors und der Strom der Konstantstromquelle bestimmen das Treibervermögen des Ausgangs der besonderen Verstärkerschaltung. Je größer der Betrag dieser Ströme ist, um so mehr kann deshalb die Impedanz reduziert werden, die die Signalamplitude als Last steuern kann. Ohne Last, oder bei einer Spannungslast, die keinen Ausgangsstrom erfordert, fließen die Ströme eines Stromkonvertierungstransistors von der Seite des hohen Potentials jedoch direkt zur Erde, wodurch der Strom zunimmt, der durch die Schaltung verbraucht wird. Diese Ströme müssen reduziert werden, um den Energieverbrauch der Verstärkerschaltung zu reduzieren. Das Problem liegt jedoch darin, daß ein reduzierter Strom zu einem reduzierten Treibervermögen führt.

Des weiteren wird ein Versuch zum Erhöhen des dynamischen Bereiches (Amplitudenbereich) des Ausgangsstromes von dem Erfordernis zum erheblichen Verändern der Ausgangsspannung der Differenzverstärkerschaltung begleitet, die dem Stromkonvertierungstransistor eine Gatespannung zuführt. Beim Erhöhen der Ausgangsspannungsamplitude der Differenzverstärkerschaltung nimmt andererseits die Versetzungsspannung zwischen zwei Eingangssignalanschlüssen zwangsläufig zu. Als Resultat tritt eine Versetzung auch in dem durch die Schaltung angewendeten Signal auf, wodurch sich das Problem einer Halbperiodenverzerrung ergibt.

Die Publikation "Low Voltage Performance of a Low Noise Operational Amplifier in a 1.2 &mgr; Digital CMOS Technology" von HOLMANN W. T. et al in PROCEEDINGS OF THE 37th MIDWEST SYMPOSIUM ON CIRCUITS AND SYSTEMS, Bd. 1, 3.–5. August 1994, Seiten 111–114, offenbart eine Verstärkerschaltung, in der eine erste Stromverstärkerschaltung und eine zweite Stromverstärkerschaltung seriell verbunden sind.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Demzufolge ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verstärkerschaltung vorzusehen, die einen breiten Amplitudenbereich des Ausgangssignals bei einem niedrigen Stromverbrauch hat, wie sie in Anspruch 1 definiert ist.

In der Verstärkerschaltung gemäß der Erfindung wird der Differenzstrom verstärkt. Selbst wenn die Ströme, die in der Signalkonvertierungsschaltung und der Differenzstromerzeugungsschaltung fließen, klein sind, kann deshalb der dynamische Bereich des Ausgangs erweitert werden. Ferner fließt in dem Fall, wenn die Verstärkerschaltung so konstruiert ist, daß der Ausgangsstrom ohne Last nicht zugeführt wird, unter solch einer Bedingung ein kleiner stationärer Strom nur in der Signalkonvertierungsschaltung und der Differenzstromerzeugungsschaltung, wodurch es möglich wird, den Gesamtstromverbrauch zu reduzieren.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die vorliegende Erfindung wird aus der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen besser verstanden, in denen:

1 ein Schaltungsdiagramm ist, das eine Konfiguration einer herkömmlichen Verstärkerschaltung zeigt;

2A bis 2C Diagramme zum Erläutern der Operation einer herkömmlichen Verstärkerschaltung sind;

3 ein Diagramm zum Erläutern der Basiskonfiguration der vorliegenden Erfindung ist;

4 ein Schaltungsdiagramm ist, das ein Beispiel für eine Verstärkerschaltung zeigt;

5A und 5B Diagramme zum Erläutern der Operation der Verstärkerschaltung von 4 sind;

6 ein Diagramm ist, das eine Abwandlung der Verstärkerschaltung von 4 zeigt;

7 ein Schaltungsdiagramm ist, das eine Verstärkerschaltung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;

8A und 8B Diagramme zum Erläutern der Operation der Verstärkerschaltung gemäß der ersten Ausführungsform sind;

9A und 9B Schaltungsdiagramme sind, die Abwandlungen der Verstärkerschaltung gemäß der ersten Ausführungsform zeigen; und

10 ein Schaltungsdiagramm ist, das eine Verstärkerschaltung gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Bevor eine eingehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erfolgt, wird eine Verstärkerschaltung nach Stand der Technik unter Bezugnahme auf die diesbezüglichen beiliegenden Zeichnungen zum besseren Verstehen der Unterschiede zwischen dem Stand der Technik und der vorliegenden Erfindung beschrieben.

1 ist ein Diagramm, das eine Schaltungskonfiguration einer herkömmlichen Verstärkerschaltung bezüglich der vorliegenden Erfindung zeigt. Diese Schaltung stellt ein typisches Beispiel für eine Operationsverstärkerschaltung der Klasse A dar. Dabei bezeichnet das Bezugszeichen IP einen nichtinvertierten Eingangsanschluß, das Bezugszeichen IM einen invertierten Eingangsanschluß, das Bezugszeichen VB einen Operationsvorspannungseingangsanschluß und das Bezugszeichen 0 einen Ausgangsanschluß. Transistoren M1 bis M5 bilden eine Differenzverstärkerschaltung mit unsymmetrischem Ausgang Vx. Ein Transistor M6 konvertiert die Ausgangsspannung Vx der Differenzverstärkerschaltung Vx in einen Drainstrom. Ein Transistor M7 dient als Konstantstromquelle und funktioniert so, daß das Potential des Ausgangs 0 ohne Last etwa auf dem Zwischenpegel zwischen der zugeführten Spannung von dem Konstantstrom, der von dem Transistor M7 zugeführt wird, und dem Strom liegt, der in dem Transistor M6 fließt.

Ein Kondensator C1 ist ein phasenkompensierendes kapazitives Element. Die vorliegende Erfindung bezieht sich nicht auf die Operation des phasenkompensierenden kapazitiven Elementes, und deshalb wird der Kondensator C1 in der folgenden Beschreibung weder erläutert noch dargestellt.

2A bis 2C sind Diagramme zum Erläutern der Operation der Verstärkerschaltung von 1. 2A zeigt den Zustand, wenn keine Ausgabe erzeugt wird, 28 zeigt den Zustand, wenn ein Strom aus der Verstärkerschaltung fließt, und 2C zeigt den Zustand, wenn ein Strom in der Verstärkerschaltung absorbiert wird. Der Transistor M7 dient als Konstantstromquelle. Die Verstärkerschaltung muß so konstruiert sein, um ein Ausgangspotential zu haben, das im wesentlichen halb so groß wie die zugeführte Spannung in dem Fall ist, wenn die Signaleingangsanschlüsse IP und IM dasselbe Potential haben. Dadurch wird es dann wieder erforderlich, daß die Ströme I6 und I7, die in dem Transistor M6 und M7 fließen, untereinander gleich sind. Dieser Zustand ist in 2A gezeigt, in der der Strom I6, der in dem Transistor M6 fließt, als Strom I7 direkt dem Transistor M7 zugeführt wird, und deshalb erscheint kein Ausgangsstrom. In dem Fall, wenn durch das Fließen des Stromes aus dieser Verstärkerschaltung eine Last angetrieben wird, wird die Spannung, die auf den Eingangsanschluß IP angewendet wird, erhöht oder wird die Spannung, die auf den Eingangsanschluß IM angewendet wird, verringert, um die Spannung zu verringern, die auf das Steuerelektrodengate des Transistors M6 angewendet wird. Als Resultat nimmt I6 zu und fließt ein Strom I, welcher der Differenz zwischen I6 und I7 äquivalent ist, in die Last, wie in 2B gezeigt. In dem Fall, wenn die Verstärkerschaltung den Strom von der Last absorbiert, wird andererseits die Spannung, die auf IP angewendet wird, verringert oder die Spannung, die auf IM angewendet wird, erhöht, wodurch die Spannung vergrößert wird, die auf das Steuerelektrodengate des Transistors M6 angewendet wird. Demzufolge nimmt I6 ab, wie in 2C gezeigt, so daß der Strom I, welcher der Differenz zwischen I7 und I6 äquivalent ist, aus der Last herausfließt.

Auf diese Weise bestimmen die Ströme I6 und I7 das Treibervermögen des Ausgangs dieser Verstärkerschaltung. Je größer die Ströme I6 und I7 sind, um so mehr kann die Impedanz verringert werden, die als Last zum Steuern der Signalamplitude in der Lage ist. Ohne Last, oder bei einer Spannungslast, die keinen Ausgangsstrom erfordert, fließt jedoch ein Strom, der I6 (I7) äquivalent ist, von der Seite des hohen Potentials der Energiezufuhr direkt zur Erde. Bei der Erhöhung von I6 und I7 wird deshalb durch die Schaltung ein größerer Strom verbraucht. In tragbaren elektronischen Geräten und Vorrichtungen, deren Verwendung in den letzten Jahren weite Verbreitung gefunden hat, ist bei den Schaltungen die LSI eingeführt worden, um die Größe und das Gewicht zu reduzieren, und wird eine Batterie zur Energiezufuhr verwendet. Die Lebensdauer der Batterie ist ein entscheidender Faktor für die tragbaren elektronischen Geräte, und es werden Vorrichtungen mit verringertem Energieverbrauch gewünscht. Angesichts dessen ist es erforderlich, den Stromverbrauch von jeder Schaltung zu reduzieren. Die Reduzierung des Stromverbrauchs der Verstärkerschaltung macht es erforderlich, die beiden oben beschriebenen Ströme I6 und I7 zu reduzieren. Trotzdem wirft die Reduzierung von I6 und I7 das Problem eines niedrigeren Treibervermögens auf.

Als Beispiel soll der Fall betrachtet werden, bei dem ein Strom aus der Verstärkerschaltung fließt, um eine Last anzutreiben. Was solch einen Fall betrifft, ist der Ausgangsstrom I als I6–I7 gegeben, mit der Bedeutung, daß ein größerer I6 und ein kleinerer I7 wünschenswert sind. Eine übermäßig große Differenz zwischen I6 und I7 vergrößert unerwünschterweise jedoch die Differenz von I6 zwischen dem Fall, wenn die Verstärkerschaltung lastfrei ist, wobei I6 gleich I7 ist, und dem Fall, wenn die Ausgabe maximal ist. Auf diese Weise erfordert ein Versuch zum Vergrößern des dynamischen Bereiches (Amplitudenbereich) des Ausgangsstromes I eine große Veränderung der Ausgangsspannung der Differenzverstärkerschaltung Vx, welche die Gatespannung des Transistors M6 liefert. Ein Versuch, die Ausgangsspannungsamplitude der Differenzverstärkerschaltung zu vergrößern, vergrößert andererseits zwangsläufig die Versetzungsspannung zwischen den zwei Eingangssignalanschlüssen IP und IM. Durch die Vergrößerung der Versetzungsspannung der Operationsverstärkerschaltung enthält auch das Signal, welches die Schaltung durchläuft, eine Versetzung, wodurch eine Halbperiodenverzerrung verursacht wird.

Dasselbe gilt in dem Fall, wenn ein Strom von einer Last in der Verstärkerschaltung absorbiert wird. Wie in 2C gezeigt, kann I6 zum Beispiel nur auf etwa drei Zehntel seines Wertes im stationären Zustand minimiert werden (wenn I6 = 1 ist). Der dynamische Bereich des Ausgangsstromes I ist daher begrenzt.

3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Verstärkerschaltung zeigt. Die Verstärkerschaltung umfaßt, wie in 3 gezeigt, eine Signalkonvertierungsschaltung 1 zum Konvertieren des Eingangssignals in ein erstes Stromsignal, eine Differenzstromerzeugungsschaltung 2 zum Erzeugen des Differenzstromes zwischen einem vorbestimmten Stromwert und dem ersten Stromsignal und eine Stromverstärkerschaltung 3 zum Verstärken des Differenzstromes. Die Signalkonvertierungsschaltung 1 enthält einen Transistor, und ein Eingangssignal wird auf die Steuerelektrode des Transistors angewendet, während das erste Stromsignal von einer der gesteuerten Elektroden des Transistors ausgegeben wird. Die Differenzstromerzeugungsschaltung 2 umfaßt eine Konstantstromquelle zum Erzeugen und Produzieren eines Differenzstromes zwischen dem Stromwert der Konstantstromquelle und dem ersten Stromsignal. Die Stromverstärkerschaltung 3 enthält eine Stromspiegelschaltung. In der Verstärkerschaltung wird der Differenzstrom verstärkt. Auch in dem Fall, wenn der Strom, der in der Signalkonvertierungsschaltung 1 und der Stromberechnungsschaltung 2 fließt, klein ist, kann deshalb der dynamische Bereich des Ausgangs erweitert werden. Bei einer Verstärkerschaltung, die so konstruiert ist, daß ohne Last kein Ausgangsstrom fließt, ist weiterhin der Strom, der unter solch einer Bedingung stationär fließt, der kleine Strom, der in der Signalkonvertierungsschaltung 1 und der Strom-Berechnungsschaltung 2 fließt, wodurch es möglich wird, den Stromverbrauch zu reduzieren.

4 ist ein Diagramm, das eine weitere Schaltungskonfiguration zeigt. Der Schaltungsabschnitt, der die Transistoren M1 bis M7 enthält, ist mit dem entsprechenden Abschnitt von 1 identisch, wie in 4 gezeigt. Der Verbindungspunkt zwischen den Transistoren M6 und M7 ist mit einer Verstärkerschaltung verbunden, die aus den Transistoren M8 und M9 gebildet ist. Die Transistoren M1 bis M5 bilden eine Differenzverstärkerschaltung, wie oben beschrieben, mit unsymmetrischem Ausgang. Der Transistor M6 ist der Abschnitt zum Konvertieren der Ausgangsspannung der Differenzverstärkerschaltung in einen Strom und entspricht der Signalkonvertierungsschaltung 1 von 3. Der Transistor M7, der als Konstantstromquelle zum Zuführen eines Konstantstromes arbeitet, ist der Abschnitt, der zum Absorbieren der Summe aus dem Konstantstrom und dem Strom des Transistors M6 von dem Transistor M8 dient, und entspricht der Stromberechnungsschaltung 2 von 3. Der Abschnitt 5, der aus den Transistoren M8 und M9 gebildet ist, verkörpert andererseits eine Stromverstärkerschaltung, die als Stromspiegelschaltung bezeichnet wird, zum Bestimmen des Verhältnisses des Stromes I9, der aus dem Transistor M9 herausfließt, bezüglich des Stromes I8, der aus dem Transistor M8 herausfließt, gemäß der Größe des Transistors oder dergleichen. In dem betrachteten Fall beträgt das Verhältnis I8 : I9 = 1 : m. Das erste Beispiel betrifft zum Beispiel den Wert m = 10. 5A und 5B sind Diagramme zum Erläutern der Operation. der Verstärkerschaltung, die in 4 gezeigt ist. Der Transistor M7 arbeitet als Konstantstromquelle, wie oben beschrieben. Die Beziehung I7 = I6 + I8 gilt zwischen dem Strom I7, der in dem Transistor M7 fließt, und dem Strom I8. Zum Erleichtern des Verstehens der Schaltungen von 1 und 4 wird angenommen, daß alle Transistoren M1 bis M7 untereinander gleich sind, bei einer gleichen Vorspannung VB. Diese Beziehung führt zu I8 = I7 – I6 und I9 = m x I8 = m x (I7 – I6) . Wie im Fall von 1 werden die Bedingungen so festgelegt, um zu gewährleisten, daß I6 = I7 ist, wenn das Potential zwischen IP und IM gleich ist. In dem Fall, wenn I6 = I7 ist, ist I8 null, so daß I9 auch null ist, wie in 5A gezeigt. Deshalb wird kein Ausgangsstrom erzeugt. Mit anderen Worten, wenn die Ausgabe fehlt, wie im Fall von (1) in 5, ist I6 (I7) der einzige Strom, der in der Schaltung fließt, und er wird als derselbe wie der Strom angesehen, der in der Schaltung von 1 fließt.

Wie unter Bezugnahme auf 2C gezeigt, ist andererseits die Reduzierung des Ausgangsstromes von M6 begrenzt, falls die Eingangsversetzungsspannung innerhalb eines vorbestimmten Wertes liegen sollte. Es wird angenommen, daß die Reduzierung –&Dgr;I6 beträgt. In 2C ist &Dgr;I6 gegeben als 7/10 × I7. Ähnlich wird die Reduzierung &Dgr;I6 in 5B als 7/10 × I7 ausgedrückt. In dem Fall, wenn I6 als 3/10 × I7 gegeben ist, wie in 5B gezeigt, ist I8 7/10 × I7 und ist I9 m × &Dgr;I6. Der Strom I, der aus der Verstärkerschaltung fließt, kann somit ausgedrückt werden als m × I7 – m × (I6 – &Dgr;I6) = m × &Dgr;I6 (hierbei ist I7 = I6). Mit anderen Worten, der dynamische Bereich des Ausgangs wird um den Faktor m vergrößert. Die Absorptionsamplitude beträgt 0,7 bei der Schaltung von 2C, und die Flußamplitude beträgt 7 bei der Schaltung von 5B. In beiden Fällen ist m zehnmal so groß.

Wie oben beschrieben, kann der dynamische Bereich (Amplitudenbereich) des Ausgangsstromes vergrößert werden, ohne den Stromverbrauch zu vergrößern. Bei der in 4 gezeigten Schaltung ist die Logik zum Steuern des Ausgangsstromes I von der Differenzverstärkerschaltung zu jener bei der Schaltung von 1 umgekehrt, und damit auch die Beziehung zwischen den Eingangsanschlüssen IP und IM.

In der unter Bezugnahme auf 5A und 5B beschriebenen Situation unterliegt nur der Betrag des Stromes, der von der Verstärkerschaltung zu der Last fließt, einer Veränderung, während der Strom nicht von der Last in die Verstärkerschaltung fließt. Ein einfaches Verfahren zum Lösen dieser Schwierigkeit ist das Einfügen einer Stromquelle zwischen VSS und dem Ausgang 0 der in 4 gezeigten Schaltung. Ein Beispiel mit solch einer Konfiguration ist in 6 gezeigt. Ein Transistor M10 dient als solch eine Stromquelle.

7 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Verstärkerschaltung gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt. Die Schaltung der ersten Ausführungsform enthält zusätzlich zu den Schaltungskomponenten der in 4 gezeigten Schaltung eine Stromspiegelschaltung 6, die aus Transistoren 1410 und M11 konfiguriert ist, die N-Kanal-MOSFETs als Komplementärkonfiguration zu den Transistoren M8 und M9 vorsehen. Diese Stromspiegelschaltung 6 ist der Stromspiegelschaltung 5 äquivalent, welche die Transistoren M8 und M9 enthält, die einen P-Kanal-MOSFET bilden. Diese Konfiguration ergibt eine Gegentaktanordnung der Ausgangsstufe, die zum Zuführen des Ausgangsstromes in der gewünschten von den Richtungen von der und in die Verstärkerschaltung arbeiten kann.

In der Verstärkerschaltung gemäß der ersten Ausführungsform sind I8 und I10 beide null, wenn I6 = I7 ist. Daher sind I9 und I11 auch null. Der Strom, der ohne Last fließt, ist deshalb I6 (I7) und damit derselbe wie im Fall der herkömmlichen Schaltung, die in 1 gezeigt ist. Dies ist ein Idealfall, und in Wirklichkeit fließt ein gewisser Strom auf Grund von Veränderungen von Charakteristiken zwischen den Transistoren. Trotzdem ist solch ein Strom normalerweise winzig.

8A zeigt den Zustand der Verstärkerschaltung gemäß der ersten Ausführungsform, die auf solch eine Weise arbeitet, daß der Ausgangsstrom in die Verstärkerschaltung fließt. 3B zeigt den Zustand der Verstärkerschaltung gemäß der ersten Ausführungsform, die auf solch eine Weise arbeitet, daß der Ausgangsstrom aus der Verstärkerschaltung herausfließt. In dieser Schaltung gilt die Beziehung, daß I6 + I8 = I7 + I10 ist. Es wird angenommen, daß I8 : I9 = I10 : I11 = 1 : m ist. Der Faktor m wird in 8A und 8B zum Beispiel auf 20 festgelegt. Aus diesen Gleichungen ergibt sich die Beziehung, daß der Ausgangsstrom I = I9 – I11 = –m(I6 – I7) ist. In dieser Schaltung dient der Transistor M7 als Konstantstromquelle. Bei der Verringerung von I6 nimmt deshalb I8 zu, während I10 abnimmt. Demzufolge nimmt I9 zu und nimmt I11 ab, mit dem Resultat, daß ein größerer Ausgangsstrom I aus der Verstärkerschaltung herausfließt. Bei der Erhöhung von I6 nimmt im Gegensatz dazu I8 ab und nimmt I10 zu. Gleichzeitig nimmt I9 ab und nimmt I11 zu, so daß ein größerer Strom I in die Verstärkerschaltung hineinfließt. Wenn angenommen wird, daß die Eingangsversetzungsspannung nicht größer als ein vorbestimmter Wert in dem Fall ist, wenn die Veränderung des Ausgangsstromes des Transistors M6 ±&Dgr;I6 ist, ist deshalb die Schwankung des Ausgangsstromes der Schaltung gegeben als ±m × &Dgr;I6. In der herkömmlichen Verstärkerschaltung, die in 1 gezeigt ist, beträgt die Schwankung ±&Dgr;I6, mit der Bedeutung, daß die Veränderung des Ausgangsstromes um einen Faktor m vergrößert wird. Auf diese Weise gestattet die Verstärkerschaltung gemäß der ersten Ausführungsform eine: Vergrößerung des Amplitudenbereiches des Ausgangsstromes in den zwei Richtungen des Hineinfließens und Herausfließens in die bzw. aus der Verstärkerschaltung ohne Erhöhung des Stromverbrauchs. Bei der Schaltung der ersten Ausführungsform ist die Logik zum Steuern des Ausgangsstromes I von der Differenzverstärkerschaltung zu jener bei der Schaltung von 1 umgekehrt, und damit auch die Beziehung zwischen den Eingangsanschlüssen IP und IM.

In der Schaltung gemäß der ersten Ausführungsform, die in 7 gezeigt ist, fließt der Strom von der Seite des hohen Potentials VDD der Energiezufuhr durch die Transistoren M8 und M10 zu der Seite des niedrigen Potentials VSS der Energiezufuhr, und es steht kein Mittel zum Steuern dieses Stromes zur Verfügung. Aus diesem Grund fließt ein großer Strom auf diesem Weg bei einem erhöhten Stromverbrauch, woraus manchmal ein Ausfall des Transistors oder dergleichen auf Grund der erzeugten Wärme resultiert. Um diesem Problem zu begegnen, ist es erforderlich, eine Stromvorspannungsregelungsschaltung zum Begrenzen des Stromes auf diesem Weg vorzusehen. 9A und 9B sind Diagramme, die Abwandlungen der Verstärkerschaltung gemäß der ersten Ausführungsform zeigen, die eine Stromvorspannungsregelungsschaltung enthalten, die auf dem obengenannten Weg eingefügt ist. 9A zeigt ein Beispiel, bei dem ein Widerstand als Stromvorspannungsregelungsschaltung eingefügt ist, und 9B zeigt ein Beispiel, bei dem Transistoren MB1 und MB2, denen geeignete Vorspannunger VB1 und VB2 zugeführt werden, als Stromvorspannungsregelungsschaltung eingefügt sind. Die Stromvorspannungsregelungsschaltung ist nicht auf diese Beispiele begrenzt, sondern sie kann irgendeine Form haben, die den Strom begrenzten kann.

10 ist ein Diagramm, das eine Verstärkerschaltung gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt. Die Differenzverstärkerschaltung und der Abschnitt, der die Transistoren M6 bis M9 dieser Verstärkerschaltung enthält, sind mit den entsprechender. Bestandteilen der ersten Ausführungsform identisch. Die Stromspiegelschaltung 6, die aus den Transistoren M10 und M11 gebildet ist, hat auch dieselbe Funktion wie die entsprechende Schaltung der ersten Ausführungsform. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform darin, daß eine Signalkonvertierungsschaltung und eine Differenzstromerzeugungsschaltung, die Transistoren M6' und M7' enthalten, zusätzlich zu der Signalkonvertierungsschaltung und der Differenzstromerzeugungsschaltung mit M6 bzw. M7 eingefügt sind, so daß der Stromspiegelschaltung 5, die die Transistoren M8 und M9 enthält, ein Eingangsstrom von der Signalkonvertierungsschaltung und der Differenzstromerzeugungsschaltung mit M6 und M7 zugeführt wird, während der Stromspiegelschaltung mit den Transistoren M10 und M11 ein Eingangsstrom von der Signalkonvertierungsschaltung und der Differenzstromerzeugungsschaltung mit M6' bzw. M7' zugeführt wird. Diese Konfiguration macht es möglich, daß die zwei Stromspiegelschaltungen kombiniert eine Gegentaktoperation ausführen, wie die Stromspiegelschaltung der ersten Ausführungsform. Da der Vorspannungsstromwert von jeder Stromspiegelschaltung eindeutig bestimmt werden kann, ist es nicht erforderlich, die Stromvorspannungsregelungsschaltung vorzusehen, die in der Schaltung gemäß der ersten Ausführungsform von Fiq. 7 erforderlich ist. Dies geschieht jedoch auf Kosten eines Stromverbrauchs, der um den Betrag vergrößert wird, der auf dem Weg fließt, der aus M6' und M7' gebildet ist. Aber der durch M6' und M7' verursachte Stromverbrauch ist dennoch viel kleiner als in dem Fall, wenn der dynamische Bereich durch das Vergrößern von I6 und I7 bei der Schaltung von 6 erweitert wird.

Aus der obigen Beschreibung geht somit hervor, daß gemäß der vorliegenden Erfindung eine Verstärkerschaltung vorgesehen wird, durch die der Veränderungsbereich des Ausgangsstromes im Vergleich zu der herkömmlichen Verstärkerschaltung vergrößert werden kann. Demzufolge können ohne weiteres leistungsstarke tragbare elektronische Geräte oder Vorrichtungen mit kleinerem Energieverbrauch realisiert werden.


Anspruch[de]
  1. Verstärkerschaltung mit:

    einer Signalkonvertierungsschaltung (1) zum Konvertieren eines Eingangssignals in ein Stromsignal (I6);

    einer Differenzstromerzeugungsschaltung (2) zum Erzeugen eines Differenzstroms zwischen einem vorbestimmten Stromwert (I7) und dem genannten Stromsignal (I6);

    einer ersten Stromverstärkerschaltung (5), die einen Transistor mit einem ersten Polaritätstyp hat, zum Verstärken des Differenzstroms; und

    einer zweiten Stromverstärkerschaltung (6), die einen Transistor mit einem zweiten Polaritätstyp hat, zum Verstärken des Differenzstroms,

    dadurch gekennzeichnet, daß

    ein Ausgangsanschluß der ersten Stromverstärkerschaltung (5) und ein Ausgangsanschluß der zweiten Stromverstärkerschaltung (6) miteinander verbunden sind und

    ein Eingangsanschluß der ersten Stromverstärkerschaltung (5) und ein Eingangsanschluß der zweiten Stromverstärkerschaltung (6) mit einem Ausgang der Differenzstromerzeugungsschaltung (2) verbunden sind.
  2. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1, bei der die Signalkonvertierungsschaltung (1) einen Transistor (M6) enthält, das Eingangssignal auf die Steuerelektrode des Transistors angewendet wird und das Stromsignal (I6) von einer der gesteuerten Elektroden des Transistors (M6) ausgegeben wird.
  3. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Differenzstromerzeugungsschaltung (2) eine Konstantstromquelle umfaßt und die Differenz zwischen dem Stromwert (I7) der Konstantstromquelle und dem Stromsignal (I6) als der genannte Differenzstrom erzeugt wird.
  4. Verstärkerschaltung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die erste Stromverstärkerschaltung (5) und die zweite Stromverstärkerschaltung (6) Stromspiegelschaltungen enthalten.
  5. Verstärkerschaltung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, mit einer Stromvorspannungsregelungsschaltung, die mit dem Übergang zwischen der ersten Stromverstärkerschaltung (5) und der zweiten Stromverstärkerschaltung (6) verbunden ist.
  6. Verstärkerschaltung nach Anspruch 5, bei der die Stromvorspannungsregelungsschaltung Transistoren (MB1, MB2) enthält, deren Steuerelektroden mit einem Vorspannungssignal versehen werden.
  7. Verstärkerschaltung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Signalkonvertierungsschaltung (1) eine erste Signalkonvertierungsschaltung (M6) enthält, zum Konvertieren des Eingangssignals in ein erstes Stromsignal, und eine zweite Signalkonvertierungsschaltung (M6') zum Konvertieren des Eingangssignals in ein zweites Stromsignal;

    die Differenzstromerzeugungsschaltung (2) eine erste Differenzstromerzeugungsschaltung (M7) enthält, zum Erzeugen des ersten Differenzstroms zwischen einem ersten vorbestimmten Stromwert und dem ersten Stromsignal, und eine zweite Differenzstromerzeugungsschaltung (M7') zum Erzeugen des zweiten Differenzstroms zwischen einem zweiten vorbestimmten Stromwert und dem zweiten Stromsignal;

    die erste Stromverstärkerschaltung (5) den ersten Differenzstrom verstärkt; und

    die zweite Stromverstärkerschaltung (6) den zweiten Differenzstrom verstärkt.
Es folgen 8 Blatt Zeichnungen






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