163139. lajstromszámú szabadalom • Műveleti erősítő
183139 vetelményekhez lehetne illeszteni az integrált áramkör tokján kívül elhelyezett eszközök segítségével. Egy találmány szerinti elvek alapján felépült differenciálerősítőnél előnyösen aktív kollektor terhelést alkalmazunk, amely felhasználható arra, hogy kis kollektoráramok mellett biztosítsa a szükséges feszültségerősítést. Ez a megközelítés lehetővé tesz olyan tervezést, amely nagy feszültségerősítést biztosít kis energiafogyasztás mellett. Ezért célunk, hogy találmányunk tárgyával olyan erősítőt alakítsunk ki, amelynek jellemzői külső eszközök útján szabályozhatók. Az említett cél elérésére olyan műveleti erősítőt fejlesztettünk ki, amelynek bemenő áramkörként újfajta differenciálerősítője van. A bemenő impedancia igen tág határok között változtatható, ha változtatjuk a tranzisztor emitter- és kollektoráramának arányát. A feszültségerősítést a kívülről rákötött terhelőellenállás határozza meg járulékosan, a tranzisztor műveleti áramának vezérlése mellett. Nagy közös modusszűrést és erősítő frekvencia érzékenységet biztosít az áramkör. A találmány szerinti differenciálerősítő két erősítőfokozatot tartalmaz, amelyeknek közös bemenetük van és kimenő elektródjaik vannak, amelyekhez terhelő áramkör van csatolva. A terhelő áramkör egy első és egy második tranzisztort tartalmaz, amelyeknek emitterjei közösítve, tápfeszültségforrásra vannak kötve, míg kollektoraik egy-egy megfelelő kimenő elektróddal vannak összekötve. A tranzisztorok bázisai össze vannak kötve egymással, úgy hogy az azonos feszültség jelenik meg a két tranzisztor bázis- és emitterelektródjai között. Végül a differenciálerősítő harmadik és negyedik tranzisztort is tartalmaz. Ezeknek emitterei közösítve az első és második tranzisztorok közösített bázisaihoz csatlakoznak, míg a harmadik és negyedik tranzisztor bázisa az első, illetve második tranzisztor kollektorához csatlakozik és a harmadik, illetve negyedik tranzisztor kollektora egy-egy kimenő áramkörrel van csatolva, továbbá egy félvezető dióda az első és második tranzisztorok közösített ©mitterei és közösített bázisai közé van kötve. A találmány tárgyát rajz alapján, példakénti kivitel kapcsán ismertetjük részletesebben. Az 1. ábra a találmány szerinti differenciálerősítő vázlatos áramköri elrendezését szemlélteti, a 2. ábra az 1. ábra szerinti differenciálerősítő vázlatos rajza, amely nagy erősítésű bemenő erősítőfokozatot és előfeszítő hálózatot tartalmaz. A 3. ábra az 1. ábra szerinti differenciálerősítőt tartalmazó műveleti erősítő vázlatos rajza. Hivatkozva a rajzokra és különösen az 1. ábrára, valamennyi elem, amely a szaggatott vonallal kihúzott 10 négyszögön belül van, integrált áramkörként van kialakítva, egyetlen félvezető 10 lapon. Az integrált áramkör differenciálerősítő, amely két, 11 és 12 tranzisztort, az áramforrásra kötött 13 tranzisztort és egy aktív terhelő áramkört tartalmaz, amelyben öt elem, a 14, 15, 5 16 és 17 tranzisztorok és a 18 dióda van. A rajzon nem ábrázolt külső áramforrás csatolható a 19 kapocs és a közös 20 kapocs közé, amely a 21 diódára feszültséget ad; a 21 dióda a 13 tranzisztor bázis- és emitterelektródjai közé van kötve. A 21 dióda lényegileg egy tranzisztor, amelynek kollektor- és báziselektródjai össze vannak kötve. Minthogy a 13 tranzisztor és a 21 dióda ugyanazon a félvezető lapon egyidejű gyártásban vannak kialakítva, villamos jellemzőik pontosan azonos karakterisztikájúak lesznek. Ha a 13 tranzisztor és a 21 dióda azonos területű készülékek, minthogy egyetlen félvezető lapon vannak 2Q kialakítva, a bázistartományba befolyó emitteráramok azonosak lesznek. Az áramfolyás, amely áteresztő irányban feszíti elő a 13 tranzisztort és a 21 diódát, azonos mértékű bázis-emitter feszültségesést állít elő és ezért azonos emitter-25 áramokat is. A 13 tranzisztor emitterárama egyenlő a bázis- és kollektoráramai összegével és az emitteráram legnagyobb része a kollektoron át folyik. A 19 és 20 kapcsok között az áramfolyás a 21 30 dióda emitter áramával egyenlő, hozzáadva a 13 tranzisztorba folyó csekély bázisáramot. A 13 tranzisztor bázisárama és kollektorárama között levő nagy arány következtében, valamint azáltal, hogy a 13 tranzisztor és a 31 dióda egyenlő 35 területűek, a 19 és 20 kapcsok között folyó áram és a 13 tranzisztor kollektorárama lényegileg egyenlők. Ezért az áramforrásként használt 13 tranzisztor által szolgáltatott áram könnyen és pontosan meghatározható, egy a rajzon nem áb*0 rázolt külső áramforrás paramétereivel; ez a nem ábrázolt külső áramforrás a 19 kapocs és a közös 20 referenciakapocs közé lehet kötve. Olyan kombinációt, amelynél diódaként kötött tranzisztor van egy második tranzisztor bázis- és emitterelektródjai közé kötve, dióda-tranzisztor együttesnek fogjuk nevezni. A feszültségesést, amely a tranzisztor bázisa és emittere között alakul ki, amikor a tranzisztor jelentős áteresztő irányú előfeszítő áramnak van alávetve, a továbbiakban Vbe hivatkozási jellel jelöljük. A 13 tranzisztor kollektoráramát a 11 és 12 tranzisztorok emittereire vezetjük. Az áram megoszlik a 11 és 12 tranzisztorok között, és a meg_. oszlás aránya attól a bemenő jelfeszültség-különbségtől függően, amely a 22, illetőleg 23 bemenő kapcsokon keresztül a 11 és 12 tranzisztorok bázisain jelentkezik. Ha a 22 és 23 bemenő kapcsokra vezetett feszültségek egyenlők, 6Q akkor a 13 tranzisztor által szolgáltatott áram egyenlően oszlik meg a 11 és 12 tranzisztorok között. Ez azt jelenti, hogy a 11 és 12 tranzisztoroknak is azonos karakterisztikájuk van, minthogy azoknak előállítása ugyanazon integrált 65 áramköri lapon azonos időben történt. 50
