DE3323315A1

DE3323315A1 - Feldeffekttransistor-pufferverstaerker mit verbesserter rauschunterdrueckung

Info

Publication number: DE3323315A1
Application number: DE3323315A
Authority: DE
Inventors: Arthur James 97026 Gervais Oreg. Metz
Original assignee: Tektronix Inc
Current assignee: Tektronix Inc
Priority date: 1982-06-28
Filing date: 1983-06-28
Publication date: 1984-01-05
Also published as: JPH0122769B2; GB2122829B; US4471319A; GB2122829A; FR2529410B1; GB8310625D0; DE3323315C2; JPS5911015A; FR2529410A1

Description

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Pufferverstärker mit einer Sourcefolger-Eingangsstufe mit einem Feldeffekttransistor (14), dessen Gate an eine Signalquelle ankoppelbar ist. . ' . ,.

Es ist oft wünschenswert, in einem Signalweg einen FeldeffeJ transistor-Pufferverstärker vorzusehen, da ein derartiger

2Q Verstärker eine hohe, die Belastung einer vorhergehenden Stufe minimal haltende Eingangsimpedanz und gleichzeitig eine kleine Ausgangsimpedanz besitzt. Weitere Forderungen für einen derartigen Pufferverstärker können eine hohe Linearität und eine kleine thermische Verzerrung zur Erhaltung der Signalgenauigkeit und der Signaltreue sowie eine große Bandbreite sein. Ein diese Forderungen erfüllender Pufferverstärker ist in einer schwebenden Anmeldung der Anmelderin (Aktenzeichen der korrespondierenden US-Patentanmeldung 253 471) beschrieben..

Ein durch einen Pufferverstärker der vorgenannten Art noch nicht ins Auge gefaßte Problem besteht darin, daß Feldeffekt transistoren für Speisespannungs-Rauscheffekte auf■Grund vor Kanallängen-Modulationseffekten der Drain-Spannung sowie für andere Rauscheffekte anfällig sind. Für Betriebsbedingungen, wie sie beispielsweise in Ablenksägezahn-Generatorschaltungen von Oszillographen vorhanden sind, in denen das Eingangs-Gate des Pufferverstärkers direkt mit einem Ablenk-Zeittaktkondensator verbunden ist, sind geringes Rauschen und eine gute Linearität sehr wesentlich.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Pufferverstärker mit geringer thermischer Verzerrung, hoher Linearität sowie guter Unterdrückung von Speisespannungsrauschen und Speisespannungswelligkeit anzugeben.

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Diese Aufgabe wird bei einem Pufferverstärker der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Beim erfindungsgemäßen mit einem Feldeffektransistor ausgerüsteten Pufferverstärker sind die "Effekte des Versorgungsspannungsrauschens wesentlich reduziert. Der Verstärker enthält eine Sourcefolger-Eingangsstufe mit einem zusätzlichen Kreis zur Unterstützung der Absorption von Speisespannungs-Schwankungen sowie eine Emitterfolger-Ausgangsstufe. Darüber hinaus enthält die Eingangsstufe einen Bootstrapzweig, der durch die Emitterfolger-Ausgangsstufe derart angesteuert ist, daß nicht nur thermische Schwankungen und thermische Verzerrungen auf Grund von Selbstaufheizung eliminiert sondern auch die Unterdrückung von Speisespannungsrauschen und Speisespannungswelligkeit verbessert ist.

Ausgestaltungen des im Patentanspruch 1 gekennzeichnetenerfindungsgemäßen Pufferverstärkers sind in Unteransprüchen angegeben. ^[

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Schaltbild eines erfindungsgemäßen Feldeffekttransistor-Pufferverstärkers; und

Fig. 2 ein Schaltbild eines erfindungsgemäßen Feldeffekttransistor-Pufferverstärkers mit zusätzlichen Kompc nenten für einen schnelleren Betrieb.

Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Pufferverstärker, bei dem die Eingangsstufe durch vier in Serie zwischen einer ° positiven und einer negativen Speisespannung +V bzw. -V lic-

gende p-Kanal-Feldeffekttransistoren 10, 12, 14 und 16 gebildet wird. In dieser Stufe können bei entsprechendem Polaritätswechsel auch n—Kanal-Transistoren verwendet werden. Die dargestellte Ausführungsform mit p-Kanal-Transistoren ist jedoch an sog. BIFET-Prozesse für integrierte Schaltkreise angepaßt. Darüber hinaus können die Elemente 12 und 16 statt durch Feldeffekttransistoren auch durch pnp-Bipolartransistoren gebildet werden. Aufgrund eines zwischen der Source des Feldeffekttransistors 10 und der positiven Speisespannung +V liegenden Stromeinstellwiderstandes 18 arbeitet der Feldeffekttransistor 10 als Konstantstromquelle fpr die Eingangsstufe. Eingangssignale werden über eine Eingangsklemme 20 in das Gate des Feldeffekttransistors 14 eingespeist, der als Sourcefolger-Verstärker betrieben ist. Die Source des Feldeffekttransistors 14 ist über einen V/iderstand 22 an die Basis eines Bipolartransistors 24 angekoppelt, welcher als Emitterfolger-Ausgangsstufe arbeitet und Ausgangssignale an eine Ausgangsklemme 26 abgibt. Der Kollektor des Ausgangsstufen-Emitterfolgertransistors 24 ist an die positive Speisespannung +V angekoppelt, während sein Emitter über einen Widerstand 28 an die negative Speisespannung -V angekoppelt ist.

In der Eingangsstufe besitzen der Sourcefolger-Feldeffekttransistor 14 und der Stromquellen-Feldeffekttransistor 10 aneinander angepaßte physikalische Kenndaten sowie Bet'riebskenndaten. Die Feldeffekttransistoren 12 und 16 besitzen vorzugsweise physikalische Kenndaten und Betriebskanndaten, welche an diejenigen der Feldeffekttransistoren 10 ³^ und 14 angepaßt sind, um die Reduzierung von thermischen Abweichungen und thermischen Verzerrungen aufgrund von Selbstaufheizung zu erleichtern. Darüber hinaus absorbieren die Feldeffekttransistoren 12 und 16 Speisespannungsschwankungen, wie beispielsweise Welligkeit und Rauschen, wobei diese Schwankungen um einen Faktor 1/μ² reduziert werden, wobei μ den Verstärkungsfaktor jedes Feldeffekttransistors bedeutet.

Eine Stromsenke 30 erzeugt einen Strom I₁, welcher über eine erste Diode 32, eine zweite Diode 34, einen Widerstand 36, einen Bipolartransistor 38 sowie einen Widerstand 40 fließt, um die Vorspannungsbedingungen für die Feldeffekttransistoren 12 und 16 einzustellen. Die Dioden 32 und 34, welche zweckmäßigerweisei durch als Dioden geschaltete Widerstände gebildet werden, kompensieren die Spannungsabfälle an den Basis-Emitter-Strecken der Transistoren 24 und 38. Die Widerstände 36 und

40 besitzen gleiche Widerstandswerte, so daß bei einem durch sie fließenden, im wesentlichen konstanten Strom I₁ die Drain-Source-Spannungen der Feldeffekttransistoren 10 und 14 im wesentlichen gleich und konstant gehalten werden, wodurch eine thermische Verzerrung aufgrund von Selbstaufheizung virtuell eliminiert wird. Die Basis des Transistors 38 ist an den Emitter des Transistors 2 4 angekoppelt, so daß der das Gate des Feldeffektransistors 16 ansteuernde Transistor 38 durch das Ausgangssignal angesteuert wird, wodurch deij: Feldeffektransistor 14 zur Eliminierung von thermischen Schwankungen und Verzerrungen eine Bootstrap-Ansteuerung[erfährt. Der Feldeffektransistor 16 dient weiterhin zur Reduzierung der Eingangskapazität, da sich die Drain-Spannuixg des Feldeffekttransistors 14 gleichförmig mit der Signalspännung am Gate des Feldeffekttransistors ändert, wodurch cjlie zur Aufladung der Gate-Drain-Kapazität des Transistors |4 notwendige Spannung eliminiert wird. Da die Werte der Widerstände 36 und 40 gleich sind, beeinflussen auch Änderungen im Vorspannungsstrom I₁ die beiden Feldeffekttransistoren 12 und 16 gleich. Die Drain-Gate-Spannungen der Feldeffektransistoren 10 und 14 ändern sich daher als Funktion des Stroms I₁ um gleiche Beträge, so daß Rauschen und Änderungen im Strom I₁ das Puffer-Rauschen nicht wesentlich beeinflussen.

Fig. 2 zeigt einen den Pufferverstärker nach Fig. 1 entsprechenden Pufferverstärker mit zusätzlichen Komponenten für einen schnellen Betrieb. Für sich entsprechende Komponenten

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—SS—

sind dabei gleiche Bezugszeichen gewählt, so daß lediglich Unterschiede in den beiden Ausführungsformen beschrieben werden müssen. Speziell sind zwischen dem Kollektor des Transistors 38 und das Gate des Feldeffekttransistors 12 ein erster Emitterfolger-Transistor 50 mit zugehörigem Emitterwiderstand 52 und zwischen dem Verbindungspunkt des Transistors 40 und der Stromsenke 30 sowie das Gate des Feldeffekttransistors 16 ein zweiter Emitterfolger-Transistor 5 4 mit zugehörigem Emitterwiderstand 56 eingefügt. Diese Emitterfolger bilden eine Treiberquelle kleiner Impedanz für die Gates der entsprechenden Feldeffekttransistoren Weiterhin sind zur Verbesserung der Geschwindigkeitscharakteristik kleine Kondensatoren 60 und 62 eingefügt, wobei der Kondensator 60 den Dioden 32 und 34 sowie dem Widerstand 36 und der Kondensator 62 dem Widerstand 40 parallel liegt.

Leerseite

Claims

Patentanwälte DirIj-Tn-g. Ii;³UfEtCKman fr, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke

Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber Dr.-Ing. H. LiSKA# Dipl.-Phys. Dr. J. Prechtel

8000 MÜNCHEN 86 28» JUOl 1983

POSTFACH 860 820

MOHLSTRASSE 11 TELEFON (089) 98 03 52 DXIIIA ' - TELEX5 22&:i

TELEGRAM.« PATENTWEtCKMANN MCNCHEN ]

Tektronix, Inc. ■

S.W. Griffith Drive, P.O. Box 500, Beaverton, Oregon 9707" Y.St.A. i

Feldeffekttransistor-Pufferverstärker mit verbesserter Rauschunterdrückung

Patentansprüche

... Qy Pufferverstärker mit einer Sourcefolger-Eingangsstufe mit einem Feldeffekttransistor, dessen Gate an eine Signalquelle ankoppelbar ist,
gekennzeichnet durch

einen an die Sourcefolger-Eingangsstufe (14) angekoppelten Kreis (12,16) zur Absorption von Speisespannungsschwankungen,

durch einen Emitterfolger-Ausgangstransistor (24) , dessen Basis an die Source des Feldeffekttransistors (14) angekoppelt ist,

und durch einen Vorspannungskreis (30 bis 40; 30 bis 40, 50 bis 62) für den Speisespannungsschwankungs-Absorptionskreis (12, 16) mit einem Bootstrapzweig (38) für die Drain des Feldeffekttransistors (14).
2. Pufferverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Speisespannungsschwankungs-Absorptionskreis (12, 16) ein Transistorpaar enthält, von denen einer (12)

in Serie im Source-Kreis und der andere (16) in Serie im Drain-Kreis des Eingangs-Sourcefolger-Feldeffekttransistors (14) liegt.
3. Pufferverstärker nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorspannungskreis (30 bis 40; 30 bis 40τ 50 bis 62) die Serienschaltung eines ersten Widerstandes (36)/ eines zweiten Widerstandes (40) und einer Kons tantstroinque lie (30) enthält und daß der erste und zweite Widerstand (36, 40) an jeweils einen Transistor (10 bzw. 16) des Transistorpaars angekoppelt ist.
4.' Pufferverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorspannungskreis (30 bis 40; 30 bis 40, 50 bis 62) einen Bootstrap-Treibertransistor (38) enthält, dessen Basis an den Emitter des Ausgangstransistors (24) und dessen Emitter über den zweiten Widerstand (40) an das Gate des im Drain-Kreis des Eingangs-Sourcefolger-Feldeffekttransistors (14) liegenden Transistors (16) angekoppelt ist.