DE2923780A1

DE2923780A1 - Operational amplifier power supply circuit - arranged to bias supply voltage in sense to give highest amplifier gain

Info

Publication number: DE2923780A1
Application number: DE19792923780
Authority: DE
Inventors: Jose Glas; Freddy De Vos
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1979-06-12
Filing date: 1979-06-12
Publication date: 1980-12-18

Abstract

The object of the circuit is to modify the power supply voltage level to an operational amplifier in order to fully utilise the available amplification capability. The power supply for the operational amplifier (OV) is taken from between earth and one pole (-48V) of a general supply. Between each pole of the supply and the amplifier power supply terminals (E1,E2) is a transistor (T1,T2) whose base in each case is connected to the amplifier output (A1), and, through a resistor (R2,R3) to the corresponding supply pole (earth, -48V). A zener diode (Z1,Z2) is pref. connected between each transistor base and the amplifier output. The amplifier input is connected to the inverting terminal. The resulting output then biases the power supply such that the maximum voltage is available at the output to the load (B).

Description

Schaltungsanordnung zur Speise spannungsregelung für einenCircuit arrangement for supply voltage control for one

ODerati onsverstärker Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Speisespannungsregelung für einen Operationsverstärker. Solche Operationsverstärker, die man als reine Bauelemente betrachten kann, sind üblicherweise für eine maximale Speisegleichspannung von ca. 30 V ausgelegt. Hieraus ergibt sich eine maximale Verstärkung des dem Steuereingang des Verstärkers zugeführten Signales. Will man eine grössere Verstärkung des Signales erreichen, dann wäre dies theoretisch durch eine Erhöhung der Speisegleichspannung am Operationsverstärker möglich. Dies kann jedoch nicht durch einfache Erhöhung der Spannungsdifferenz zwischen den beiden Speisespannungseingängen eines Operationsverstärkers erfolgen, da dies zur Zerstörung des Operationsverstärkers führen würde.ODerati onsträger The invention relates to a circuit arrangement for supply voltage regulation for an operational amplifier. Such operational amplifiers, which can be regarded as pure components are usually for a maximum DC supply voltage of approx. 30 V. This results in a maximum gain of the signal fed to the control input of the amplifier. Do you want a bigger one Achieve amplification of the signal, then this would theoretically be through an increase the DC supply voltage at the operational amplifier possible. However, this cannot by simply increasing the voltage difference between the two supply voltage inputs of an operational amplifier, as this will destroy the operational amplifier would lead.

Die Aufgabe der Erfindung soll daher darin bestehen, durch eine besondere Beschaltung des Operationsverstärkers in Abhängigkeit der angelegten Speisegleichspannung die Verstärkung des Operationsverstärkers zu erhöhen, ohne daß er wegen einer zu hohen anliegenden Speisegleichspannung zerstört wird.The object of the invention is therefore to consist of a special Wiring of the operational amplifier as a function of the applied DC supply voltage the gain of the operational amplifier to increase without him is destroyed due to an applied DC supply voltage that is too high.

Dies wird nach dem Gegenstand der Erfindung dadurch erreicht, daß beide Speisespannungsanschlüsse des Operationsverstärkers mit dem Emitter je eines kollektorseitig mit je einem Pol der Speisespannungsquelle verbundenen Transistors verbunden sind und daß die Basen der beiden Transistoren zwischen dem Ausgang des Operationsverstär kers und Je einem mit Je einem Pol der Speisespannungsquelle verbundenen Widerstand angeschaltet sind.This is achieved according to the subject matter of the invention in that both supply voltage connections of the operational amplifier with the emitter one each On the collector side, each transistor is connected to one pole of the supply voltage source are connected and that the bases of the two transistors between the output of the Operational amplifier and one each connected to one pole of the supply voltage source Resistor are switched on.

Der Vorteil der Schaltungsanordnung besteht darin, daß am Ausgang des Operationsverstärkers durch Vorliegen einer erhöhten Speisespannung in der Jeweiligen Aussteuerrichtung proportional zum zu verstärkenden Steuersignal ein erhöhtes verstärktes Signal abgegeben werden kann, ohne daß insgesamt am Operationsverstärker eine höhere Speisespannung als die erlaubten 30 V anliegt.The advantage of the circuit arrangement is that at the output of the operational amplifier due to the presence of an increased supply voltage in the respective Control direction proportional to the control signal to be amplified an increased amplified Signal can be delivered without a higher total at the operational amplifier Supply voltage than the permitted 30 V is present.

Ein Ausführungsbeispiel nach dem Gegenstand der Erfindung wird anhand zweier Figuren erklärt.An embodiment according to the subject matter of the invention is based on two figures explained.

Die Figur 1 besteht aus einem Operationsverstärker OV, einer Leistungsendstufe B, den Widerständen R1 bis R3, den Transistoren T1 und T2 und den Zenerdioden Z1 und Z2.Figure 1 consists of an operational amplifier OV, a power output stage B, the resistors R1 to R3, the transistors T1 and T2 and the Zener diodes Z1 and Z2.

Die Figur 2 besteht aus den Kurvendiagrammen a, b, c und d, wobei die Kurve a die angelegte Speisespannung ohne Aussteuerungfdie Kurve b die angelegte Speisegleichspannung bei Aussteuerung durch ein beispielsweise Sinussignal, die Kurve c die Bildung eines Ausgangssignals bei einer Speisespannung nach der Kurve a und die Kurve d die Bildung des gleichen Signales bei einer Speisespannung nach der Kurve b zeigt.Figure 2 consists of the graphs a, b, c and d, where curve a is the applied supply voltage without modulation; curve b is the applied voltage DC supply voltage when controlled by a sinusoidal signal, for example, the Curve c the formation of an output signal with a supply voltage according to the curve a and curve d shows the formation of the same signal with a supply voltage the curve b shows.

Es wird davon ausgegangen, daß in Figur 1 über den Widerstand R1 ein zu verstärkendes Signal anliegt. Der Wider- stand R1 stellt dabei den Signalquellenwiderstand und einen mit diesem in Reihe geschalteten Vorwiderstand dar.It is assumed that in Figure 1 via the resistor R1 signal to be amplified is present. The cons stand R1 represents the signal source resistor and a series resistor connected to it represent.

Das Signal ist auf den invertierenden (-) Eingang des Operationsverstärkers OV geschaltet, während der nicht invertierende Signaleingang des Operationsverstärkers mit einem negativen Bezugspotential beschaltet ist. Die verwendete Speisegleichspannung beträgt - 48 V gegen Erde und ist über zwei Transistoren T1 und T2 an den Operationsverstärker angeschaltet. Die Anschaltung verläuft dabei wie folgt: Erde Transistor TI, Operationsverstärker, Transistor T2, - 48 V. Damit liegt der Transistor T1 am positiveren Speisespannungsanschluß des Operationsverstärkers und der Transistor T2 am negativeren SpeisespannungsanschluB des Operationsverstärkers. Der Transistor T1 ist im vorliegenden Falle ein NPN-Transistor und führt mit seinem Emitter zum Speisespannungsanschluß EI des Operationsverstärkers. Der Transistor T2 ist ein PNP-Transistor und sein Emitter ist mit dem Speisespannungsanschluß E2 des Operationsverstärkers verbunden. Der Kollektor des Transistors T1 ist mit Erde und der Kollektor des Transistors T2 ist mit - 48 V verbunden. Die Basis des Transistors T1 ist über den Widerstand R2 mit Erde und über eine Zenerdiode Z2 mit dem Ausgang AI des Operationsverstärkers verbunden. Die Basis des Transistors T2 ist über einen Widerstand R3 mit - 48 V und über eine Zenerdiode ZI ebenfalls mit dem Ausgang Al des Operationsverstärkers verbunden. Dabei sind die Zenerdioden Z1 und Z2 so angeordnet, daß sie sich in Sperrichtung zur Speisespannung befinden. Ferner ist dem Operationsverstärker eine Leistungsendstufe B nachgeschaltet, die Je doch nicht erfindungswesentlich ist.The signal is on the inverting (-) input of the operational amplifier OV switched while the non-inverting signal input of the operational amplifier is connected to a negative reference potential. The DC supply voltage used is - 48 V to earth and is connected to the operational amplifier via two transistors T1 and T2 turned on. The connection is as follows: Earth transistor TI, operational amplifier, Transistor T2, - 48 V. This means that transistor T1 is connected to the more positive supply voltage connection of the operational amplifier and the transistor T2 at the more negative supply voltage connection of the operational amplifier. In the present case, the transistor T1 is an NPN transistor and its emitter leads to the supply voltage connection EI of the operational amplifier. The transistor T2 is a PNP transistor and its emitter is connected to the supply voltage connection E2 of the operational amplifier connected. The collector of transistor T1 is with Earth and the collector of transistor T2 is connected to -48V. The basis of the Transistor T1 is connected to earth via resistor R2 and via a Zener diode Z2 connected to the output AI of the operational amplifier. The base of transistor T2 is via a resistor R3 with - 48 V and via a Zener diode ZI also with connected to the output A1 of the operational amplifier. The Zener diodes are Z1 and Z2 arranged so that they are in the reverse direction to the supply voltage. Furthermore, the operational amplifier is followed by a power output stage B, which However, it is not essential to the invention.

Mit den Widerständen R2 und R3 werden die Basen der Transistoren T1 und T2 gleichspannungsmäßig so vorgespannt, daß sich zwischen den Speisespannungsanschlüssen EI und E2 des Operationsverstärkers eine Spannungsdifferenz von 30 V ausbildet. Die Transistoren wirken demnach im Ruhezustand (keine Ansteuerung des Operationsverstärkers über R7) als Festwiderstände.The resistors R2 and R3 become the bases of the transistors T1 and T2 biased in terms of DC voltage so that between the supply voltage connections EI and E2 of the operational amplifier have a voltage difference of 30th V trains. The transistors therefore work in the idle state (no control of the Operational amplifier via R7) as fixed resistors.

Wird über den Widerstand RI ein zu verstärkendes Steuersignal - z.B. im vorliegenden Falle eine Sinusspannung -angelegt, dann tritt diese Sinusspannung invertiert und verstärkt am Ausgang Al des Operationsverstärkers auf.If a control signal to be amplified - e.g. In the present case a sinusoidal voltage is applied, then this sinusoidal voltage occurs inverted and amplified at the output Al of the operational amplifier.

Ein bestimmter Anteil dieser verstärkten Sinusspannung (bis zur Sperrspannung der Zenerdioden) gelangt über die Zenerdioden Z2 und Z1 auf die Basen der Transistoren T1 und T2. Liegt am Eingang des Operationsverstärkers OV eine positive Sinushalbwelle als Signal vor, dann erscheint dieses Signal verstärkt als negative Halbwelle am Ausgang Al. Das bedeutet, daß der Transistor T1 mehr aufgesteuert und der Transistor T2 mehr zugesteuert wird.A certain proportion of this amplified sinusoidal voltage (up to the reverse voltage the Zener diodes) reaches the bases of the transistors via the Zener diodes Z2 and Z1 T1 and T2. If there is a positive half sine wave at the input of the operational amplifier OV as a signal, then this signal appears amplified as a negative half-wave on Exit Al. This means that the transistor T1 is turned on more and the transistor T2 is controlled more.

Damit verschiebt sich die gesamte am Operationsverstärker anliegende Speisespannung nach der positiven Seite, wobei der Absolutwert der Potentialdifferenz zwischen den Anschlüssen EI und E2 (ca. 30 V) beibehalten wird.This shifts the entire value applied to the operational amplifier Supply voltage on the positive side, the absolute value of the potential difference between the connections EI and E2 (approx. 30 V) is maintained.

Durch die Verschiebung der Speisespannung wird für diese Halbwelle des Signals der Arbeitspunkt so verschoben, daß die verstärkte invertierte Signalhalbwelle bezogen auf einen dem unverstärkten Signal zugeordnete Nullpegel zusätzlich verstärkt wird.By shifting the supply voltage, this half-wave of the signal, the operating point shifted so that the amplified inverted signal half-wave additionally amplified based on a zero level assigned to the unamplified signal will.

Bei einer negativen über R1 anliegenden Signalhalbwelle wird dagegen eine verstärkte positive Halbwelle am Ausgang Al erscheinen, wodurch der Transistor T1 mehr zugesteuert und der Transistor T2 mehr aufgesteuert wird.In the case of a negative signal half-wave applied via R1, on the other hand an amplified positive half-wave appear at the output Al, causing the transistor T1 is turned on more and transistor T2 is turned on more.

Die absolute Potentialdifferenz zwischen EI und E2 bleibt dabei ebenfalls erhalten, Jedoch wird die anliegende Speisespannung und damit auch der Arbeitspunkt des Operationsverstärkers in negativer Richtung verschoben, sodaß am Ausgang Al eine zusätzliche Verstärkung der positiven Halbwelle des Signals erfolgt. Diese zusätzlich verstärkten Halbwellen des Signales werden dann über die Leistungsendstufe B weiter verstärkt.The absolute potential difference between EI and E2 also remains However, the applied supply voltage and thus also the operating point are retained of the operational amplifier shifted in the negative direction, so that at the output Al an additional amplification of the positive half-wave of the signal takes place. These Additionally amplified half waves of the signal are then over the power output stage B is further strengthened.

Die Figur 2a zeigt die Speisegleichspannung ohne Beeinflussung über die Transistoren T1 und T2, d.h. die Speisegleichspannung im Ruhezustand. Die Figur 2b zeigt die gleiche Speisegleichspannung im Betriebszustand, d.h.FIG. 2a shows the DC supply voltage without influencing it the transistors T1 and T2, i.e. the DC supply voltage in the quiescent state. The figure 2b shows the same DC supply voltage in the operating state, i.e.

während sie durch eine anlegende Steuerspannung über die Transistoren T1 und T2 moduliert wird.while it is through an applied control voltage across the transistors T1 and T2 is modulated.

Die Figur 2c entspricht dem angelegten zu verstärkenden Signal bzw. unter Annahme einer höheren Amplitude pro Halbwelle dem am Ausgang A1 des Operationsverstärkers anliegenden Ausgangssignal ohne Ansteuerung der Transistoren T1 und T2. Die Figur 2d entspricht dem endgUltigen durch den Operationsverstärker verstärkten Signal bei Aussteuerung der Transistoren T1 und T2, d.h. mit höheren Halbwellenamplituden gegenüber dem Signal nach Figur 2c. Es ist außerdem invertiert gegenüber dem über R1 anliegenden zu verstärkenden Signal zu denken.Figure 2c corresponds to the applied signal to be amplified or assuming a higher amplitude per half-wave that at output A1 of the operational amplifier pending output signal without triggering the transistors T1 and T2. The figure 2d corresponds to the final signal amplified by the operational amplifier with modulation of the transistors T1 and T2, i.e. with higher half-wave amplitudes compared to the signal according to Figure 2c. It is also inverted from the above R1 to think about the signal to be amplified.

Die Zenerdioden Z1 und Z2 haben die Aufgabe, die von der an A1 vorliegenden Signalausgangsspannung abgezweigte Steuerspannung für die Basen der Transistoren zu begrenzen (abgezweigte Spannung liegt unterhalb der Sperrspannung), so daß damit eine Regelung der Verstärkung möglich ist.The Zener diodes Z1 and Z2 have the task of the existing at A1 Signal output voltage branched control voltage for the bases of the transistors to limit (branched voltage is below the reverse voltage), so that with it a regulation of the gain is possible.

Aus dem Vorstehenden ist zu entnehmen, daß es mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung in einfacher Weise möglich ist, bei einem Operationsverstärker eine höhere Verstärkung zu erreichen, ohne die maximal zulässige anliegende Speisegleichspannung zu erhöhen, indem diese Speisegleichspannung zu einer mit dem Eingangssignal gleichphasig pulsierenden Speisegleichspannung wird.From the above it can be seen that it is with the invention Circuit arrangement is possible in a simple manner in an operational amplifier to achieve a higher gain without the maximum permissible applied DC supply voltage by increasing this DC supply voltage to one in phase with the input signal pulsating DC supply voltage.

1 Patentanspruch 2 Figuren1 claim 2 figures

Claims

Circuit arrangement for supply voltage regulation for an operational amplifier, d u r c h e k e n n not draw e t, that both supply voltage connections (EI, E2) of the operational amplifier (OV) with the emitter on the collector side each transistor connected to one pole (earth, - 48 V) of the supply voltage source (T1, T2) are connected and that the bases of the two transistors (T1, T2) between the output (A1) of the operational amplifier (OV) and one each with one pole (earth, - 48 V) of the supply voltage source connected resistor (R2, R3) are switched on.