DE4340721A1

DE4340721A1 - Verstärkerschaltung

Info

Publication number: DE4340721A1
Application number: DE4340721A
Authority: DE
Inventors: Toru Araki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1992-12-01
Filing date: 1993-11-30
Publication date: 1994-06-09
Anticipated expiration: 2013-12-01
Also published as: JPH06177660A; US5384549A; JP2635277B2; DE4340721C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verstärkerschaltung und insbesondere auf eine Schutzfunktion für den Fall, daß eine Ausgangsleitung der Verstärkerschaltung mit einer Spannungs versorgungs-(Vcc) oder Masseseite eines zur Spannungsver sorgung der Verstärkerschaltung verwendeten Spannungsreglers kurzgeschlossen ist.

Eine derartige Verstärkerschaltung wird z. B. in Verbindung mit einem in ein Kraftfahrzeug eingebauten Sensor oder ähnlichem verwendet. Fig. 6 zeigt eine Blockschaltung eines Teils einer elektronischen Regeleinrichtung eines Kraftfahrzeugs. Eine Sensoreinheit 110 zur Erfassung von Druck, Temperatur und anderen Größen ist mit einer Steuereinheit 100 (Systemseite), die einen Mikroprozessor (MPU) 101 sowie andere Komponenten enthält, über eine Spannungsversorgungsleitung Vcc, eine Masseleitung GND und eine Signalleitung S verbunden. Ein das Erfassungsergebnis darstellendes Signal der Sensoreinheit 110 wird mittels einer Verstärkerschaltung 5 verstärkt, bevor es der Steuereinheit 100 zugeführt wird. Erfindungsgemäße Verstärkerschaltungen werden z. B. in gleicher Weise wie diese Verstärkerschaltung 5 verwendet. Im einzelnen wird eine Spannung von beispielsweise 5V der Sensoreinheit 110 und der MPU 101 aus einem Spannungsregler 3 der Steuereinheit 100 über eine Spannungsversorgungsleitung Vcc zugeführt. Das Erfas sungssignal der Sensoreinheit 110 wird der MPU 101 der Steuereinheit 100 über die Signalleitung S von dem Ausgangs anschluß 7 der Verstärkungsschaltung 5 zugeführt. Bei einer derartigen Einheit kann der Fall eintreten, daß die Signalleitung S mit der Spannungsversorgungsleitung Vcc oder der Masseleitung GND aufgrund einer Verbindung im Anschlußteil 111 der Sensoreinheit 110 kurzgeschlossen wird, wie in Fig. 6 mit einem "x" gekennzeichnet ist.

Die MPU 101 erkennt eine Fehlfunktion in der Sensoreinheit 110, wenn das Ausgangssignal der Sensoreinheit 110 kleiner als 0,5V oder größer als 4,5V ist (in einem Fehlerbereich). Es kann jedoch vorkommen, daß sich das Ausgangssignal der Sensoreinheit 110 außerhalb des Fehlerbereichs befindet, obwohl ein wie oben beschriebener Kurzschluß im Anschlußteil 111 vorhanden ist. In einer derartigen Situation kann der Kurzschluß steuereinheitsseitig nicht erkannt werden. Ein in der Steuereinheit 100 befindlicher Widerstand 8 stellt eine Last dar.

Fig. 7 zeigt eine schematische Blockschaltung eines Schaltungssystems mit einer solchen Verstärkerschaltung. Ein negativer Anschluß einer Spannungsquelle 1 wird mit Masse 2 verbunden und ein Spannungsregler 3 mit dem positiven Anschluß der Spannungsquelle 1. Der Spannungsregler 3 weist eine Leitung 4 (Vcc) für eine geregelte Spannungsversorgung auf, die mit einer Halbleiterverstärkerschaltung 5 verbunden ist. Ein Eingangssignalgenerator 6 erzeugt ein Eingangssignal für die Verstärkerschaltung 5. Eine Last 8 ist zwischen einen Ausgangsanschluß 7 der Verstärkerschaltung 5 und Vcc 4 geschaltet. Die Verstärkerschaltung 5 ist mit einem Operationsverstärker 9 aufgebaut. Ein Eingangswiderstand 10 ist zwischen einen invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 9 und den Eingangssignalgenerator 6 geschaltet. Ein Rückkopplungswiderstand 11 ist zwischen den invertierenden Eingangsanschluß und einem Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 9 geschaltet. Eine Referenzspannungs quelle 12 ist an den nichtinvertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 9 angeschlossen.

Fig. 8 zeigt einen dem Operationsverstärker 9 der bekannten Verstärkerschaltung entsprechenden Schaltplan. Der Basis anschluß eines PNP-Transistors 13 entspricht dem inver tierenden Eingang des Operationsverstärkers 9 und der Basisanschluß eines PNP-Transistors 14 entspricht dem nicht in vertierenden Eingang des Operationsverstärkers 9. Die Emitteranschlüsse der PNP-Transistoren 13 und 14 sind miteinander verbunden, um dadurch ein Differenzeingangspaar zu bilden. Eine Stromquelle 15 ist zwischen die Emitteranschlüsse der PNP-Transistoren 13 und 14 geschaltet. Der Kollektor- und der Basisanschluß eines NPN-Transistors 16 sind mit dem Kollektoranschluß des PNP-Transistors 13 verbunden und der Kollektoranschluß eines NPN-Transistors 17 ist mit dem Kollektoranschluß des PNP-Transistors 14 verbunden. Die Basisanschlüsse der NPN-Transistoren 16 und 17 sind miteinander verbunden und deren Emitter sind gemeinsam mit Masse 2 verbunden, wodurch eine Stromspiegelschaltung gebildet wird.

Der Basisanschluß eines NPN-Transistors 18 ist mit dem Verbindungspunkt des PNP-Transistors 14 und des NPN- Transistors 17 verbunden und der Kollektoranschluß des NPN- Transistors 18 ist an Vcc 4 angeschlossen, um dadurch eine Emitterfolgerfunktion zu erreichen. Der Basisanschluß eines NPN-Transistors 19 ist mit dem Emitteranschluß des NPN- Transistors 18 verbunden, wobei der Emitteranschluß des NPN- Transistors 19 mit Masse 2 verbunden ist, wodurch eine Emittergrundschaltung gebildet wird. Eine Konstantstromquelle 20 ist zwischen den Kollektoranschluß des NPN-Transistors 19 und Vcc 4 geschaltet. Ein Widerstand 21 ist zwischen den Kollektoranschluß des NPN-Transistors 19 und den Ausgangsanschluß 7 geschaltet. Ein Kondensator 22 ist zwischen den Basisanschluß des NPN-Transistors 18 und den Kollektoranschluß des NPN-Transistors 19 geschaltet.

Nachfolgend wird die Funktionsweise des Systems beschrieben. Bezeichnet man die Spannung des von dem Eingangssignal generator 6 erzeugten Eingangssignals mit V_I, den Wider standswert des Eingangswiderstands 10 mit R₁, den Widerstands wert des Rückkopplungswiderstands 11 mit R_F, so läßt sich die Ausgangsspannung V_o des Operationsverstärkers 9 mit folgender Gleichung ausdrücken:

Da der Ausgangsanschluß der Verstärkerschaltung 5 mit dem Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 9 verbunden ist, entspricht das Ausgangssignal der Verstärkungsschaltung 5 der durch Gleichung (1) dargestellten Spannung V_o.

Wird die Impedanz der Last 8 mit Z_L bezeichnet, so ergibt sich ein durch den Ausgangsanschluß 7 in den Operationsverstärker 9 fließender Strom I_o von

und, wenn der Strom der Konstantstromquelle 20 mit I_R bezeichnet wird, so ergibt sich ein Kollektorstrom I_C19 des NPN-Transistors 19 von

I_C19 = I_o + I_R (3).

Bezeichnet man den Widerstandswert des Widerstands 21 mit R_o und die Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung des NPN- Transistors 19 mit V_S, so ergibt sich ein Minimalwert V_oL der Ausgangsspannung von

V_oL = I_oR_o + V_S (4).

Im Falle des durch die Gleichung (4) dargestellten Minimalwerts V_oL ist der durch den Ausgangsanschluß 7 fließende Strom maximal. Der Maximalwert I_o(max) des Stroms I wird durch folgende Gleichung ausgedrückt, die sich durch Einsetzen der Gleichung (4) in die Gleichung (2) ergibt:

Wie aus Gleichung (5) hervorgeht, ist es wünschenswert, den Widerstand R_o zu verringern, wenn ein großer Wert für I_o(max) gefordert ist. Ebenso kann der Gleichung (4) entnommen werden, daß V_oL kleiner wird und dadurch der Ausgangsbereich (dynamischer Bereich) des Operationsverstärkers 9 vergrößert wird, wenn R_o verringert wird.

Sind beispielsweise Vcc = 5V, V_S = 0,3V und I_o(max) = 2mA vorgegeben, so ergibt sich R_o = 100Ω und Z_L = 2,25kΩ, wenn V_oL = 0,5V.

Wird in der oben beschriebenen Schaltung ein Teil des Ausgangsanschlusses 7 aufgrund beispielsweise eines Anschluß fehlers, wie er durch eine gestrichelte Linie a in Fig. 7 dargestellt ist, mit Masse 2 kurzgeschlossen, so ergibt sich ein durch den Kurzschluß nach Masse 2 abfließender Strom I_SG gemäß folgender Gleichung:

Dementsprechend ergibt sich bei einem Strom I_R = 0,5mA ein Strom I_SG = 2,7mA. In diesem Fall besteht es nicht vorkommen, daß ein bestimmter Schaltungsfehler, wie z. B. eine Störung in dem Spannungsregler 3 oder der Verstärkerschaltung 5, auftritt.

Wird ein Teil des Ausgangsanschlusses 7 mit Vcc 4 in der durch die gestrichelte Linie b in Fig. 7 gezeigten Weise kurzgeschlossen, so ergibt sich ein durch den Kurzschluß verursachter Strom I_SV, der dem kleineren der sich aus den beiden folgenden Gleichungen ergebenden Werte entspricht.

oder

I_SV = I₁₅ × β₁ × β₂ (8)

wobei durch I₁₅ der Strom der Konstantstromquelle 15 gekennzeichnet wird, durch β₁ der Gleichstromverstär kungsfaktor des NPN-Transistors 8 und durch β₂ der Gleich stromverstärkungsfaktor des NPN-Transistors 19.

Wird Vcc = 5V, R_o = 100Ω, I₁₅ = 5µA und β₁ = β₂ =100 angenommen, so ergibt sich gemäß Gleichung (7) I_SV = 50mA und gemäß Gleichung (8) I_SV = 50mA. Folglich ist I_SV = 50mA (da im vorliegenden Fall die Werte der Gleichungen (7) und (8) gleich sind).

Demnach ist es möglich, daß ein Kurzschluß zwischen dem Ausgangsanschluß 7 und der Versorgungsspannungsleitung (Vcc 4), wie er z. B. durch die Linie b in Fig. 7 dargestellt ist, einen Strom verursacht, der das Zehn- oder Mehrfache eines durch einen mit a bezeichneten Kurzschluß nach Masse 2 verursachten Stromes ist, und der eine Störung in der Verstärkerschaltung 5 verursachen kann.

Üblicherweise ist eine Ausgangsstrombegrenzungsschaltung in dem Spannungsregler 3 zu dessen Schutz enthalten. Dabei wird der Wert des Ausgangsbegrenzungsstroms entsprechend der Größe der mit dem Spannungsregler 3 verbundenen Schaltung verändert. Beispielsweise ist im Falle eines, wie durch Linie b in Fig. 7 gezeigten, Kurzschlusses die Spannung Vcc = 3V, wenn der Strom I_SV, der durch den kleineren der sich aus den Gleichungen (7) und (8) ergebenden Werte, d. h. in diesem Falle der Wert der Gleichung (7), bestimmt wird, auf einen Wert I_SV = Vcc/R_o = 30mA begrenzt wird. D.h. im Falle des durch die Linie b in Fig. 7 dargestellten Kurzschlusses wird die Spannung Vcc von 5V auf 3V verringert. In diesem Fall ist die Ausgangsspannung der Verstärkerschaltung 5 gleich der Spannung Vcc, nämlich 3V. Die Spannung 3V liegt auch dann am Ausgang an, wenn die Verstärkerschaltung normal arbeitet. Aufgrund dieser Ausgangsspannung wird angenommen, daß der Ausgang der Verstärkerschaltung 5 normal arbeitet, obwohl ein anormaler Zustand vorliegt, nämlich ein Kurzschluß zwischen Vcc 4 und dem Ausgangsanschluß 7 der Verstärkerschaltung 5. In einer solchen Situation können schwerwiegende Fehler in einem (nicht gezeigten) System auftreten, das auf den Ausgangsanschluß 7 zugreift (unter Verwendung einer bestimmten Rückkopplungsart können Streuwerte auftreten). Üblicherweise wird bei Verwendung einer Mikrocomputersteuerung oder ähnlichem die am Ausgangsanschluß der Verstärkerschaltung 5 liegende Spannung nicht auf das Spannungsniveau von Vcc 4 erhöht. Daher kann eine Spannung am Ausgangsanschluß 7 der Verstärkerschaltung als nicht zu berücksichtigende Fehlerspannung betrachtet werden, wenn sie beispielsweise größer als 4,5V ist. In der oben beschriebenen Situation beträgt die Ausgangsspannung am Ausgangsanschluß 7 jedoch 3V, weshalb die Erkennung eines derartigen Fehlers nicht erwartet werden kann.

Entsprechend den vorangegangenen Ausführungen tritt bei einem Kurzschluß zwischen dem Ausgang der üblichen Verstärkerschaltung und einer Versorgungsspannung Vcc eines Spannungsreglers ein übermäßig großer Stromfluß auf, der zur Beschädigung der Verstärkerschaltung führt, oder die Ausgangsspannung Vcc des Spannungsreglers verringert sich, wodurch schwerwiegende Fehler in einem System auftreten, das mit dem Ausgangsanschluß der zu steuernden Verstärkerschaltung verbunden ist. Aus diesem Grunde ist die Zuverlässigkeit der üblichen Verstärker nicht zufriedenstellend.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verstärkerschaltung bereitzustellen, durch deren Funktionsweise ein Selbstschutz und eine Verhinderung eines schwerwiegenden Fehlers in einem durch die Verstärkerschaltung gesteuerten System selbst dann ermöglicht wird, wenn der Ausgangsanschluß der Verstärkerschaltung mit dem Ausgang Vcc eines zur Spannungsversorgung der Verstärkerschaltung verwendeten Spannungsreglers kurzgeschlossen ist.

Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Erfindungsaspekt gelöst durch eine Verstärkerschaltung, zu deren Spannungsversorgung ein Spannungsregler verwendet wird, mit einem Operationsverstärker bestehend aus einer Ausgangsstufe mit einem Transistor in Emittergrundschaltung und einem Ausgangsanschluß, der mit dem Kollektoranschluß des Transistors verbunden ist und an dem ein Ausgangssignal der Verstärkerschaltung abgreifbar ist, einer Ausgangstreiberstufe zur Ansteuerung des Transistors in Emittergrundschaltung der Ausgangsstufe, einer Strombegrenzungsstufe, die zumindest mit einer der Ausgangsstufe oder der Ausgangstreiberstufe verbunden ist, wobei die Strombegrenzungsstufe eine Strombegrenzung derart durchführt, daß ein Kollektorstrom des Transistors in Emittergrundschaltung der Ausgangsstufe eine vorbestimmte Stromhöhe nicht überschreitet, und mit einer Eingangsstufe, deren Ausgang mit der Ausgangstreiberstufe verbunden ist, wobei bei einem Kurzschluß zwischen dem Ausgang der Verstärkerschaltung und einer Spannungsversorgungsleitung eine Strombegrenzung derart durchgeführt wird, daß der Kollektorstrom des Transistors in Emittergrundschaltung eine vorbestimmte Stromhöhe nicht überschreitet, so daß die Ausgangsspannung des Spannungsreglers stabil auf einer vorbestimmten Spannungshöhe beibehalten werden kann.

Gemäß einem zweiten Erfindungsaspekt wird die Aufgabe gelöst durch eine Verstärkerschaltung, zu deren Spannungsversorgung ein Spannungsregler verwendet wird, mit einem Operationsverstärker bestehend aus, einer Ausgangsstufe mit einem Transistor in Emittergrundschaltung und einem Ausgangsanschluß, der mit dem Kollektoranschluß des Transistors verbunden ist, einer Ausgangstreiberstufe zur Ansteuerung des Transistors in Emittergrundschaltung der Ausgangsstufe, einer Strombegrenzungsstufe, die mit zumindest einer der Ausgangsstufe und der Ausgangstreiberstufe verbunden ist, wobei die Strombegrenzungsstufe eine Strombegrenzung derart durchführt, daß ein Kollektorstrom des Transistors in Emittergrundschaltung der Ausgangsstufe eine vorbestimmte Stromhöhe nicht überschreitet, einer Eingangsstufe deren Ausgang mit der Ausgangstreiberstufe verbunden ist, und mit einer zusätzlichen Ausgangseinrichtung, die mit dem Ausgangssignal der Ausgangsstufe gespeist wird, wobei die zusätzliche Ausgangseinrichtung eine Gegentaktverstärker stufe, eine zweite Strombegrenzungsstufe zur Begrenzung eines durch die Gegentaktverstärkerstufe fließenden Stromes und einen Ausgangsanschluß enthält, der durch den Gegentaktverstärker und durch die zweite Strombegrenzungsstufe gesteuert wird, und an dem ein Ausgangssignal der Verstärkerschaltung abgreifbar ist, wobei die Strombegrenzung derart durchgeführt wird, daß der Strom in der Gegentaktverstärkerstufe selbst bei einem Kurzschluß des Ausgangs der Verstärkerschaltung mit der Spannungsversor gungsleitung oder mit Masse einen vorbestimmten Wert nicht überschreitet, so daß eine Ausgangsspannung des Spannungsreglers stabil auf einem vorbestimmten Spannungswert gehalten wird.

Gemäß der Verstärkerschaltung nach dem ersten Erfindungsaspekt wird der Strom des Transistors in Emittergrundschaltung der Ausgangsstufe anhand einer Strombegrenzungsstufe, die mit zumindest einer der Ausgangsstufe und der Ausgangstreiberstufe zur Ansteuerung der Ausgangsstufe verbunden ist, begrenzt, um dadurch das Auftreten eines übermäßig hohen Stromes zu verhindern, selbst dann, wenn der Ausgang mit der Spannungsversorgung Vcc kurzgeschlossen ist. Dadurch wird eine Beschädigung des Transistors in Emittergrundschaltung der Ausgangsstufe sowie eine Beschädigung des Spannungsreglers und zugleich ein Absinken der Ausgangsspannung des Spannungsreglers verhindert, wodurch jeglicher Einfluß auf andere Schaltungen vermieden wird.

Die Verstärkerschaltung nach dem zweiten Erfindungsaspekt enthält weiterhin eine zusätzliche Ausgangseinrichtung, die mit dem Ausgangssignal der Ausgangsstufe gespeist wird, und die eine Gegentaktverstärkerstufe enthält, eine zweite Strombegrenzungsstufe zur Begrenzung eines durch die Gegentaktverstärkerstufe fließenden Stromes und einen Ausgangsanschluß, der durch den Gegentaktverstärker und die zweite Strombegrenzungsstufe gesteuert wird, und an dem ein Ausgangssignal der Verstärkerschaltung abgreifbar ist. Dadurch ist es möglich, eine Beschädigung der zusätzlichen Ausgangseinrichtung und des Spannungsreglers und zugleich ein Absinken der Ausgangsspannung des Spannungsreglers zu verhindern, wodurch jeglicher Einfluß auf andere Schaltungen vermieden wird, selbst dann, wenn der Ausgang der Verstärkerschaltung mit der Spannungsversorgung Vcc oder Masse kurzgeschlossen ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungs beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Schaltplan eines in einer Verstärkerschaltung verwendeten Operationsverstärkers entsprechend einem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel nach dem ersten Erfindungsaspekt,

Fig. 2 einen Schaltplan eines in einer Verstärkerschaltung verwendeten Operationsverstärkers entsprechend einem anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel nach dem ersten Erfindungsaspekt,

Fig. 3 einen Schaltplan eines in einer Verstärkerschaltung verwendeten Operationsverstärkers entsprechend einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel nach dem ersten Erfindungsaspekt,

Fig. 4 einen Schaltplan eines in einer Verstärkerschaltung verwendeten Operationsverstärkers entsprechend einem noch weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel nach dem ersten Erfindungsaspekt,

Fig. 5 einen Schaltplan eines in einer Verstärkerschaltung verwendeten Operationsverstärkers entsprechend einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel nach dem zweiten Erfindungsaspekt,

Fig. 6 eine Blockschaltung eines beispielhaften Systems, das eine derartige Verstärkerschaltung umfaßt,

Fig. 7 eine schematische Blockschaltung des Aufbaus eines Schaltungssystems, welches eine derartige Verstärkerschaltung umfaßt, und

Fig. 8 einen Schaltplan eines in einer bekannten Verstärkerschaltung verwendeten Operationsverstärkers.

Nachfolgend wird ein erstes erfindungsgemäßes Ausführungs beispiel nach dem ersten Erfindungsaspekt unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben. Der Aufbau des gesamten die Verstärkerschaltung dieses Ausführungsbeispiels umfassenden Schaltungssystems ist der gleiche wie in Fig. 7 gezeigte. Fig. 1 zeigt einen Schaltplan eines Operationsverstärkers 90 dieses Ausführungsbeispiels, der dem in Fig. 7 gezeigten Operations verstärker entspricht. Die Bauteile, die denen der bekannten Anordnung entsprechen oder gleichen, werden durch dieselben Bezugszeichen gekennzeichnet, wobei ihre Beschreibung nicht wiederholt wird. Der Basis- und Kollektoranschluß eines NPN- Transistors 23 ist mit dem Emitteranschluß eines NPN- Transistors 18 und der Emitteranschluß des NPN-Transistors 23 ist mit Masse 2 verbunden. Der Kollektoranschluß eines PNP- Transistors 24 ist mit dem Kollektoranschluß des NPN- Transistors 18 und der Emitteranschluß des PNP-Transistors 24 ist mit Vcc 4 verbunden. Der Basisanschluß und der Kollektoranschluß eines PNP-Transistors 25 ist mit dem Basisanschluß des PNP-Transistors 24 und der Emitteranschluß des PNP-Transistors 25 ist mit Vcc 4 verbunden. Zwischen den Basisanschluß und den Kollektoranschluß des Transistors 25 und Masse 2 ist eine Konstantstromquelle 26 geschaltet.

Ein NPN-Transistor 19 und eine Konstantstromquelle 20 bilden eine Ausgangsstufe. Der NPN-Transistor 18 bildet eine Ausgangstreiberstufe. Der NPN-Transistor 23, die PNP- Transistoren 24 und 25 und die Konstantstromquelle 26 bilden eine Strombegrenzungsstufe. PNP-Transistoren 13 und 14, eine Konstantstromquelle 15 und NPN-Transistoren 16 und 17 bilden eine Eingangsstufe, d. h. in dieser Schaltung eine Differenz verstärkerstufe.

Nachfolgend wird die Funktionsweise dieses Ausführungs beispiels unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben. Unter normalen Betriebsbedingungen ergibt sich der Kollektorstrom I_C19 des NPN-Transistors 19 aus der folgenden von den Gleichungen (2) und (3) abgeleiteten Gleichung:

Weisen die NPN-Transistoren 19 und 23, wie dargestellt, gleiche Emittergebiete auf (1 : 1) so ist der Emitterstrom I_E19 des NPN-Transistors 19 identisch mit dem Emitterstrom I_E23 des NPN-Transistors 23.

Dementsprechend sind der Kollektorstrom I_C19 des NPN- Transistors 19 und der Kollektorstrom I_C23 des NPN-Transistors 23 bei ausreichend großen Gleichstromverstärkungsfaktoren der NPN-Transistoren 19 und 23 ebenfalls gleich groß. Ebenso ist der Kollektorstrom I_C23 des NPN-Transistors 23 gleich dem Kollektorstrom I_C18 des NPN-Transistors 18.

Der Kollektorstrom I_C24 des PNP-Transistors 24 ist gleich dem Kollektorstrom I_C18 des NPN-Transistors 18. Der oben beschriebene Zusammenhang wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt:

Da die Basis-Emitterspannung des NPN-Transistors 24 gleich der Basis-Emitterspannung des PNP-Transistors 25 ist, müssen der Kollektorstrom I_C24 des PNP-Transistors 24 und der Kollektorstrom I_C25 des PNP-Transistors 25 gleich sein, vorausgesetzt, der PNP-Transistor 24 befindet sich im wesentlichen im Arbeitsbereich. Wird jedoch der Strom I_R1 der Konstantstromquelle 26 gegenüber dem üblicherweise benötigten Kollektorstrom I_C19 des NPN-Transistors 19 ausreichend vergrößert, so ergibt sich folgender Zusammenhang:

I_C24 < I_C25 = I_R1 (11).

Hieraus wird deutlich, daß der PNP-Transistor 24 im Sättigungsbereich arbeitet. Das heißt, der Strom des PNP- Transistors 24 ändert sich unterhalb einem dem Strom I_R1 entsprechenden oberen Grenzwert gemäß dem Strom I_C19.

Wird der Ausgangsanschluß 7 mit Vcc 4 kurzgeschlossen, so ändert sich der Zustand der Schaltung in der nachfolgend beschriebenen Weise. Zuerst wird das Basispotential des PNP- Transistors 13 größer als das Basispotential des PNP- Transistors 14, so daß der PNP-Transistor 14 gesättigt und der PNP-Transistor 13 abgeschaltet wird. Dementsprechend fließt der Strom I₁₅ der Konstantstromquelle 15 vollständig durch den PNP-Transistor 14 von dessen Emitter zu dessen Kollektor und bildet den Eingangsstrom in die Basis des NPN-Transistors 18. Dadurch wird der NPN-Transistor 18 gesättigt und der Kollektorstrom I_C18 des NPN-Transistors 18 ergibt sich aus folgender Gleichung:

I_C18 = I_C24 = I_C25 = I_R1 (12).

Das heißt, der Kollektorstrom I_C18 des NPN-Transistors 18 wird durch den Strom I_R1 der Konstantstromquelle 26 begrenzt. Der Kollektorstrom I_C23 des NPN-Transistors 23 und der Kollektorstrom I_C18 des NPN-Transistors 18 sind ebenfalls gleich und beide sind auch gleich dem Kollektorstrom I_C19 des NPN-Transistors 19, und es gilt folgender Zusammenhang:

I_R1 = I_C18 = I_C23 = I_C19 (13).

Daher wird der Kollektorstrom I_C19 des NPN-Transistors 19 durch den Strom I_R1 der Konstantstromquelle 26 begrenzt. Ist beispielsweise ein Strom I_R1 von 3mA eingestellt, so ergibt sich ein Strom I_SV = 2,9mA (während I_R1 = 0,1mA). Unter diesen Verhältnissen besteht keine Möglichkeit einer Beschädigung der Verstärkerschaltung 5 oder eines übermäßig hohen Stromes aus dem Spannungsregler 3, der eine Verringerung der Spannung Vcc 4 verursacht. Daher wird die Spannung am Ausgangsanschluß 7 auf dem Spannungswert von Vcc 4 (z. B. 5V) festgehalten, und die Störung kann durch ein die Ausgangsspannung des Ausgangs anschlusses 7 auswertendes System erkannt werden. Die gleiche Wirkung kann auch durch die unten beschriebenen weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele erzielt werden.

D.h. in der Verstärkerschaltung 5 gemäß dem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel in dem ein Spannungs regler 3 als Spannungsquelle verwendet wird, wird eine Ausgangsstufe des Operationsverstärkers 90 der Verstärker schaltung 5 durch einen in Emittergrundschaltung betriebenen Transistor 19 gebildet; der Kollektor- und der Basisanschluß des Transistors 23, der die gleiche Polarität aufweist, wie der in Emittergrundschaltung betriebene Transistor 19, sind miteinander verbunden. Der Verbindungspunkt zwischen dem Kol lektor- und dem Basisanschluß des Transistors 23 ist mit dem Basisanschluß des Transistors 19 verbunden; der Emitteranschluß des Transistors 19 ist mit dem Emitteranschluß des Transistors 23 verbunden, dessen Kollektor- und Basisanschluß miteinander verbunden sind; der Emitteranschluß des eine Emitterfolgerschaltung bildenden Transistors 18 ist mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Kollektor- und dem Basisanschluß des Transistors 23 verbunden, und eine Strombegrenzungsschaltung (23, 24, 25, 26) ist mit dem Kollektor des eine Emitterfolgerschaltung bildenden Transistors 18 verbunden. Die Strombegrenzungsschaltung (23, 24, 25, 26) verhindert, daß der Kollektorstrom des in Emittergrundschaltung betriebenen Transistors 19 den vorbestimmten Stromwert überschreitet, wenn der Kollektoranschluß des Transistors 19, d. h. der Ausgangsanschluß 7 der Verstärkerschaltung, mit der Spannungsquelle Vcc (oder Masse) kurzgeschlossen ist. Dadurch ist es möglich, eine Beschädigung des in Emittergrundschaltung betriebenen Transistors 19 und des Spannungsreglers 3 zu verhindern und die Ausgangsspannung des Spannungsreglers 3 stabil auf einem vorbestimmten Spannungswert zu halten.

Fig. 2 zeigt einen Schaltplan eines Operationsverstärkers gemäß einem zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel nach dem ersten Erfindungsaspekt. Im ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel waren die Emittergebiete der NPN- Transistoren 19 und 23 gleich groß. In diesem Ausführungs beispiel weisen das Emittergebiet S_E19 des NPN-Transistors 19 und das Emittergebiet S_E23 des NPN-Transistors 23 folgendes Verhältnis auf:

S_E19 : S_E23 = n : 1 (14).

Demgemäß kann Gleichung (13) in folgender Weise umgeschrieben werden:

Entsprechend ist bei einem Kollektorstrom I_C19 des NPN- Transistors 19 von 3mA, der sich bei einem Kurzschluß des Ausgangsanschlusses 7 mit Vcc 4 ergibt, ein Strom I_R1 = 0,3mA ausreichend, wodurch der Gesamtstrom Icc durch die Schaltung verringert werden kann.

Das heißt, in der Verstärkerschaltung 5 gemäß dem zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel mit einem Spannungs regler 3 als Spannungsquelle wird eine Ausgangsstufe des Operationsverstärkers 90 der Verstärkerschaltung 5 durch einen in Emittergrundschaltung betriebenen Transistor 19 gebildet, der Kollektoranschluß und der Basisanschluß des Transistors 23, der die gleiche Polarität aufweist wie der in Emittergrundschaltung betriebene Transistor 19, und der ein Emittergebiet aufweist, das das 1/n-fache des Emittergebiets des Transistors 19 ist, sind miteinander verbunden; der Verbindungspunkt zwischen dem Kollektor- und dem Basisanschluß des Transistors 23 ist mit dem Basisanschluß des Transistors 19 verbunden, der Emitteranschluß des Transistors 19 ist mit dem Emitteranschluß des Transistors 23 verbunden, dessen Kollektor- und Basisanschluß miteinander verbunden sind; der Emitteranschluß des eine Emitterfolgerschaltung bildenden Transistors 18 ist mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Kollektor- und dem Basisanschluß des Transistors 23 verbunden; und eine Strombegrenzungsschaltung (23, 24, 25, 26) ist mit dem Kollektoranschluß des in Emittergrundschaltung betriebenen Transistors 18 verbunden. Die Strombegrenzungsschaltung (23, 24, 25, 26) verhindert, daß der Kollektorstrom des in Emittergrundschaltung betriebenen Transistors 19 eine vorbestimmte Stromhöhe überschreitet, wenn der Kollektoranschluß des Transistors 19, d. h. der Ausgangsanschluß 7 der Verstärkerschaltung mit der Spannungsversorgung Vcc (oder Masse 2) kurzgeschlossen ist. Dadurch kann zusätzlich zu der Wirkung des ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels der Gesamtstrom Icc der Schaltung verringert werden.

Fig. 3 zeigt einen Schaltplan eines Operationsverstärkers gemäß einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel nach dem ersten Erfindungsaspekt. In diesem Ausführungsbeispiel wird ein Widerstand 27 zu der in Fig. 2 gezeigten Schaltung gemäß dem zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel hinzugefügt und zwischen den Emitteranschluß des NPN-Transistors 23 und Masse 2 geschaltet. Bei einem Kurzschluß zwischen dem Ausgangsanschluß 7 und Vcc 4 ergibt sich folgender Zusammenhang zwischen dem Kollektorstrom I_C19 des NPN-Transistors 19 und dem Kollektorstrom I_C23 des NPN-Transistors 23:

wobei q die Größe der Elektronenladung, k die Boltzmann- Konstante, T die absolute Temperatur und R27 den Widerstandswert des Widerstands 27 angibt.

Da das Verhältnis der Emittergebiete der NPN-Transistoren 19 und 23 n:1 ist, ergibt sich:

I_S19 : I_S23 = n : 1 (17).

Aus den Gleichungen (16) und (17) ergibt sich:

Dementsprechend ergibt sich R27 zu 285Ω, wenn I_C23 (= I_R1) = 0,1mA, I_C19 = 3mA und n = 10.

Durch Einfügen des Widerstands 27 zwischen den Emitteranschluß des NPN-Transistors 23 und Masse kann der Gesamtstrom Icc weiter verringert werden. Der Widerstandswert R27 ist tatsächlich etwas größer aufgrund des Einflusses des Basisstroms des NPN-Transistors 19. Der Widerstand 27 ist Bestandteil der Strombegrenzerstufe.

Das heißt, in der Verstärkerschaltung 5 gemäß dem dritten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel mit einem Spannungs regler 3 als Spannungsquelle wird eine Ausgangsstufe des Operationsverstärkers 90 der Verstärkerschaltung 5 durch einen in Emittergrundschaltung betriebenen Transistor 19 gebildet; der Kollektor- und der Basisanschluß des Transistors 23, der die gleiche Polarität aufweist wie der in Emittergrundschaltung betriebene Transistor 19 und dessen Emittergebiet das 1/n-fache des Emittergebiets des Transistors 19 ist, sind miteinander verbunden; der Verbindungspunkt zwischen dem Kollektor- und dem Basisanschluß des Transistors 23 ist mit dem Basisanschluß des Transistors 19 verbunden; ein Anschluß des Widerstands 27 ist mit dem Emitteranschluß des Transistors 23 verbunden, dessen Kollektor- und Basisanschluß miteinander verbunden sind; der andere Anschluß des Widerstands 27 ist an den Emitteranschluß des Transistors 19 angeschlossen; der Emitteranschluß des eine Emitterfolgerschaltung bildenden Transistors 18 ist mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Kollektor- und dem Basisanschluß des Transistors 23 verbunden; und eine Strombegrenzungs schaltung (23, 24, 25, 26, 27) ist mit dem Kollektoranschluß des in Emittergrundschaltung betriebenen Transistors 18 verbunden. Die Strombegrenzungsschaltung (23, 24, 25, 26, 27) verhindert, daß der Kollektorstrom des in Emittergrund schaltung betriebenen Transistors 19 einen vorbestimmten Wert überschreitet, wenn der Kollektoranschluß des Transistors 19, d. h. der Ausgangsanschluß 7 der Verstärkerschaltung, mit der Spannungsversorgung Vcc (oder Masse 2) kurzgeschlossen ist. Zusätzlich zu den Wirkungen des zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels kann dadurch eine weitere Verringerung des Gesamtstromes Icc der Schaltung erreicht werden.

Fig. 4 zeigt einen Schaltplan eines Operationsverstärkers entsprechend einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungs beispiel nach dem ersten Erfindungsaspekt. In dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel bilden ein Widerstand 28, ein Differenzverstärker (zweite Differenzverstärkerschaltung) 29 und eine zweiten Referenzspannungsquelle 30 eine Strombegrenzungsstufe. In dieser Schaltung wird der Widerstand 28 zwischen den Emitteranschluß des NPN-Transistors 19 und Masse geschaltet. Ein Spannungsabfall über dem Widerstand 28 wird an den invertierenden Eingangsanschluß des Differenzverstärkers (zweite Differenzverstärkerschaltung) 29 angelegt, und die Spannung der zweiten Referenzspannungsquelle 30 wird an den nichtinvertierenden Eingangsanschluß des Differenzverstärkers 29 angelegt. Wird der Strom durch den NPN-Transistor 19 derart erhöht, daß der Spannungsabfall über dem Widerstand 28 gleich der Spannung der zweiten Referenzspannungsquelle 30 ist, so wird der Basisstrom des NPN-Transistors 18 durch den Differenzverstärker 29 zum Zwecke der Strombegrenzung gesteuert.

Ist beispielsweise I_C19 = 3mA und der Widerstandswert des Widerstands 28 gleich 30Ω, so kann die Spannung der zweiten Referenzspannungsquelle 30 auf 90mV festgesetzt werden.

Dieses Ausführungsbeispiel weist ein Rückkopplungssystem auf, in dem der Emitterstrom des NPN-Transistors direkt erfaßt und rückgekoppelt wird, was den Vorteil ergibt, daß die Begrenzungssteuerung nicht durch eine Streuung des Gleichstromverstärkungsfaktors und des Early-Effekts der Transistoren beeinflußt wird, wodurch sich eine hohe Strombegrenzungsgenauigkeit ergibt. Eine derartige Rückkopplungssteuerung ist üblicherweise für solche Schutz- oder Fehlerverhinderungsmaßnahmen nicht erforderlich, sie ist jedoch wirkungsvoll, wenn eine hohe Strombegrenzungs genauigkeit defordert ist.

D.h. in der Verstärkerschaltung 5 nach dem vierten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel mit einem Spannungsregler 3 als Spannungsquelle wird eine Ausgangsstufe des Operationsverstärkers 90 der Verstärkerschaltung 5 durch einen in Emittergrundschaltung betriebenen Transistor 19 gebildet; der Widerstand 28 wird zwischen den Emitteranschluß des in Emittergrundschaltung betriebenen Transistors 19 und Masse geschaltet; der Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 28 und dem Emitteranschluß des Transistors 19 wird mit einem der beiden Eingangsanschlüsse der Differenzverstärkerschaltung 29 verbunden; die zweite Referenzspannungsquelle 30 zur Erzeugung einer konstanten Spannung wird an den anderen Eingangsanschluß des Differenzverstärkers 29 angeschlossen; und der Basisstrom des eine Emitterfolgerschaltung bildenden Transistors 18 wird durch das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 29 gesteuert. Der Kollektorstrom des in Emittergrundschaltung betriebenen Transistors 19 wird begrenzt durch den Widerstand 28, den Differenzverstärker 29 und die zweite Referenzspannungsquelle 30, wenn der Kollektoranschluß des Transistors 19, d. h. der Ausgangsanschluß 7 der Verstärkerschaltung, mit der Spannungsversorgung Vcc (oder Masse 2) kurzgeschlossen ist. Dadurch ist es möglich, eine Beschädigung des in Emittergrundschaltung betriebenen Transistors 19 und des Spannungsreglers 3 zu verhindern und die Ausgangsspannung des Spannungsreglers 3 stabil auf einem vorbestimmten Spannungs wert zu halten wie im Falle des ersten Ausführungsbeispiels. Darüberhinaus ist dieses Ausführungsbeispiel durch eine besonders hohe Strombegrenzungsgenauigkeit gekennzeichnet.

Fig. 5 zeigt einen Schaltplan eines in einer Verstärkerschaltung verwendeten Operationsverstärkers entsprechend einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel nach dem zweiten Erfindungsaspekt. Die in Fig. 5 gezeigte Schaltung entsteht aus der in Fig. 1 gezeigten Schaltung durch Hinzufügen einer zusätzlichen Ausgangseinrichtung, die die Komponenten 31 bis 36 umfaßt. In diesem Operationsverstärker bilden ein NPN-Transistor 31, ein PNP-Transistor 32 und Widerstände 33 und 34 eine Gegentaktverstärkerstufe und ein NPN-Transistor 35 sowie ein PNP-Transistor 36 bilden eine zweite Strombegrenzungsstufe.

Die Basisanschlüsse des NPN-Transistors 31 und des PNP- Transistors 32 sind mit dem Kollektoranschluß des NPN- Transistors 19 verbunden. Der Kollektoranschluß des NPN- Transistors 31 ist an Vcc 4 angeschlossen und der Kollektoranschluß des PNP-Transistors 32 an Masse 2. Der Widerstand 32 ist zwischen den Emitteranschluß des NPN- Transistors 31 und den Ausgangsanschluß 7 geschaltet und der Widerstand 34 zwischen den PNP-Transistor 32 und den Ausgangsanschluß 7. Weiterhin ist der Kollektoranschluß des NPN-Transistors 35 mit dem Basisanschluß des NPN-Transistors 31 verbunden, der Kollektoranschluß des PNP-Transistor 36 mit dem Basisanschluß des PNP-Transistors 32, der Basisanschluß des NPN-Transistors 35 mit dem Emitteranschluß des NPN- Transistors 31 und der Basisanschluß des PNP-Transistors 36 mit dem Emitteranschluß des PNP-Transistors 32. Die Emitteranschlüsse des NPN-Transistors 35 und des PNP- Transistors 36 werden gemeinsam mit dem Ausgangsanschluß 7 verbunden.

Wird bei dieser Schaltung der Ausgangsanschluß 7 mit Masse 2 kurzgeschlossen, so fließt der Basisstrom des NPN-Transistors 31 über den Kollektor des NPN-Transistors 35 ab, wodurch der Kollektorstrom I_C31 des NPN-Transistors 31 begrenzt wird, wenn das Produkt des Kollektorstroms I_C31 des NPN-Transistors 31 und des Widerstandswerts R33 des Widerstands 33 gleich der Basis-Emitter-Einschaltspannung V_BE35 des NPN-Transistors 35 ist.

Demnach wird bei einer Spannung V_BE35 = 0,65V und einem Widerstandswert R33 = 217Ω der Kollektorstrom I_C31 des NPN- Transistors 31 auf 3mA begrenzt.

In gleicher Weise ergibt sich bei einem Kurzschluß zwischen dem Ausgangsanschluß 7 und Vcc 4 das folgende Verhältnis zwischen dem Kollektorstrom I_C32 des PNP-Transistors 32, dem Widerstandswerts R34 des Widerstands 34 und der Basis-Emitter- Einschalt-Spannung V_BE36 des PNP-Transistors 36:

wobei der Kollektorstrom I_C32 des PNP-Transistors 32 auf 3mA begrenzt wird, wenn V_BE = 0,65V und R34 = 217Ω.

In diesem Falle jedoch muß der Kollektorstrom des NPN- Transistors 19 begrenzt werden, was durch die aus dem NPN- Transistors 23, den PNP-Transistoren 24 und 25 und der Konstantstromquelle 26 gebildete Strombegrenzungsstufe geschieht.

D.h. in der Verstärkerschaltung 5 nach dem fünften erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel mit einem Spannungs regler 3 als Spannungsquelle wird eine Ausgangsstufe des Operationsverstärkers 90 der Verstärkerschaltung 5 durch eine Gegentaktverstärkerschaltung, deren NPN-Transistor 31 und PNP- Transistor 32 in Emitterfolgerschaltung betrieben werden, gebildet; der Widerstand 33 ist zwischen den Emitteranschluß des NPN-Transistor 31 und den Ausgangsanschluß 7 geschaltet; der Widerstand 34 ist zwischen den Emitteranschluß des PNP- Transistors 32 und den Ausgangsanschluß 7 geschaltet; wobei der Kollektor- und der Basisanschluß des strombegrenzenden NPN-Transistors 35 mit dem Basis- bzw. dem Emitteranschluß des NPN-Transistors 31 verbunden sind und der Kollektor- und der Basisanschluß des strombegrenzenden PNP-Transistors 36 mit dem Basis- bzw. dem Emitteranschluß des Transistors 32. Die aus dem NPN-Transistor 31 und dem PNP-Transistor 32 gebildete Gegentaktverstärkerschaltung wird durch den in Emittergrundschaltung betriebenen Transistor 19 angesteuert und der Verbindungspunkt des Kollektor- und des Basisanschlusses des Transistors 23, der die gleiche Polarität aufweist wie der in Emittergrundschaltung betriebene Transistor 19, wird mit dem Basisanschluß des Transistors 19 verbunden. Der Emitteranschluß des Transistors 23, dessen Kollektor- und Basisanschluß miteinander verbunden sind, ist mit dem Emitteranschluß des Transistors 19 verbunden. Der Emitteranschluß des eine Emitterfolgerschaltung bildenden Transistors 18 ist an den Verbindungspunkt zwischen dem Kollektor- und dem Basisanschluß des Transistors 23 angeschlossen und die Strombegrenzungsschaltung (23, 24, 25 und 26) ist mit dem Kollektoranschluß des eine Emitterfolgerschaltung bildenden Transistors 18 verbunden. Der strombegrenzende PNP-Transistor 36 oder der strombegrenzende NPN-Transistor 35 begrenzen den Strom der durch den NPN- Transistor 31 und den PNP-Transistor 32 gebildeten Gegentaktschaltung, wenn der Ausgangsanschluß 7 der Verstärkerschaltung 5 entweder mit der Spannungsversorgung Vcc oder Masse 2 kurzgeschlossen ist. Dadurch ist es möglich, eine Beschädigung der aus dem NPN-Transistor 31 und dem PNP- Transistor 32 gebildeten Gegentaktverstärkerschaltung und des Spannungsreglers 3 zu verhindern und die Ausgangsspannung des Spannungsreglers stabil auf einer vorbestimmten Spannungshöhe beizubehalten.

Während beim ersten bis vierten Ausführungsbeispiel bei einem Kurzschluß zwischen dem Ausgang und Masse im wesentlichen kein Problem auftritt, wird durch den Aufbau dieses Ausführungsbeispiels ein verbesserter Schutz der Schaltung vor einem derartigen Kurzschluß erreicht.

Die in jedem der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele verwendete Konstantstromquelle 20 kann durch einen Widerstand ersetzt werden. Bei der Differenzverstärkerschaltung der Eingangsstufe können die PNP-Transistoren 13 und 14 durch NPN- Transistoren ersetzt werden. Selbstverständlich kann die Funktion der Eingangsstufe auch ohne Verwendung einer Differenzverstärkerschaltung realisiert werden. Die vor liegende Erfindung ist dicht auf Halbleiterverstärkerschal tungen beschränkt, obwohl sie im allgemeinen bei solchen Schaltungen eingesetzt wird.

Wie aus obiger Beschreibung hervorgeht, ist gemäß dem ersten Erfindungsaspekt eine Strombegrenzungsstufe vorgesehen, um den in einen Transistor der Ausgangsstufe einer Verstärker schaltung fließenden Strom zu begrenzen, wodurch das Auftreten eines übermäßig großen Stromes verhindert wird, um eine Beschädigung der Verstärkerschaltung und des zur Spannungs versorgung der Verstärkerschaltung verwendeten Spannungs reglers zu verhindern, wenn der Ausgangsanschluß der Verstärkerschaltung mit der Spannungsversorgung Vcc kurz geschlossen wird. Ebenso kann in einem solchen Falle eine Verringerung der Ausgangsspannung des Spannungsreglers ver hindert werden, so daß ein anormaler Zustand aufgrund des Kurzschlußfehlers von einem das Ausgangssignal der Verstärker schaltung auswertenden System erkannt werden kann. Demzufolge wird eine Verstärkerschaltung mit verbesserter Zuverlässigkeit bereitgestellt.

Gemäß dem zweiten Erfindungsprinzip wird eine zusätzliche Ausgangseinrichtung mit einer Gegentaktverstärkerschaltungs stufe und einer zweiten Strombegrenzungsstufe zur Begrenzung des Stromes in der Gegentaktverstärkerschaltung in der Schaltung nach dem ersten Erfindungsaspekt verwendet. Dadurch kann eine Verstärkerschaltung mit sehr hoher Zuverlässigkeit erzielt werden, bei der das Auftreten eines übermäßig großen Stromes verhindert wird, wenn der Ausgangsanschluß der Verstärkerschaltung entweder mit der Spannungsversorgung Vcc oder mit Masse kurzgeschlossen ist.

Eine Verstärkerschaltung mit einem Spannungsregler als Spannungsquelle ist derart aufgebaut, daß ein Schutz der Verstärkerschaltung und des Spannungsreglers bei einem Kurzschluß des Ausgangs mit einer Spannungsversorgungsleitung gewährleistet ist, und daß die Ausgangsspannung des Spannungsreglers stabil beibehalten wird, so daß der Kurzschlußfehler durch ein den Ausgang der Verstärkerschaltung auswertendes System erkannt werden kann. Ein erster Transistor in Emittergrundschaltung bildet eine Ausgangsstufe der Verstärkerschaltung. Der Kollektor- und der Basisanschluß eines zweiten Transistors, der die gleiche Polarität wie der erste Transistor aufweist, sind miteinander verbunden und an den Basisanschluß des ersten Transistors angeschlossen. Die Emitteranschlüsse des ersten und des zweiten Transistors sind miteinander verbunden. Der Emitteranschluß eines dritten Transistors in Emitterfolgerschaltung ist mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Kollektor- und dem Basisanschluß des zweiten Transistors verbunden. Eine Strombegrenzungs schaltung ist an den Kollektoranschluß des dritten Transistors angeschlossen.

Claims

1. Verstärkerschaltung, zu deren Spannungsversorgung ein Spannungsregler verwendet wird, mit einem Operationsverstärker bestehend aus:

a) einer Ausgangsstufe mit einem Transistor in Emitter grundschaltung und einem Ausgangsanschluß, der mit dem Kollektoranschluß des Transistors verbunden ist und an dem ein Ausgangssignal der Verstärkerschaltung abgreifbar ist,
b) einer Ausgangstreiberstufe zur Ansteuerung des Transistors in Emittergrundschaltung der Ausgangsstufe,
c) einer Strombegrenzungsstufe, die zumindest mit einer der Ausgangsstufe oder der Ausgangstreiberstufe verbunden ist, wobei die Strombegrenzungsstufe eine Strombegrenzung derart durchführt, daß ein Kollektorstrom des in Emittergrundschaltung betriebenen Transistors der Ausgangsstufe eine vorbestimmte Stromhöhe nicht überschreitet, und
d) einer Eingangsstufe, deren Ausgang mit der Ausgangstreiberstufe verbunden ist,
e) wobei die Strombegrenzung bei einem Kurzschluß des Ausgangsanschlusses der Verstärkerschaltung mit einer Spannungsversorgungsleitung derart geschieht, daß der Kollektorstrom des in Emittergrundschaltung betriebenen Transistors eine vorbestimmte Stromhöhe nicht überschreitet und eine Ausgangsspannung des Spannungsreglers stabil auf einer vorbestimmten Spannungshöhe beibehalten wird.

2. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1, wobei der Transistor in Emittergrundschaltung der Ausgangsstufe einen ersten Transistor umfaßt, dessen Kollektoranschluß mit dem Ausgangsanschluß verbunden ist,
wobei die Strombegrenzungsstufe einen zweiten Transistor umfaßt, der die gleiche Polarität wie der erste Transistor aufweist, dessen Kollektor- und Basisanschluß miteinander verbunden und an die Basis des ersten Transistors angeschlossen sind, und dessen Emitteranschluß mit dem Emitteranschluß des ersten Transistors verbunden ist,
wobei die Ausgangstreiberstufe einen dritten Transistor in Emitterfolgerschaltung enthält, dessen Emitteranschluß mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Kollektor- und dem Basisanschluß des zweiten Transistors, dessen Kollektoranschluß mit der Strombegrenzungsstufe und dessen Basisanschluß mit dem Ausgang der Eingangsstufe verbunden ist, und
wobei die Strombegrenzungsstufe mit dem Kollektoranschluß des dritten Transistors verbunden ist, so daß die Strombegrenzungsstufe den ersten Transistor und den Spannungsregler schützt und die Ausgangsspannung des Spannungsreglers stabil beibehält, indem sie verhindert, daß der Kollektorstrom des ersten Transistors eine vorbestimmte Stromhöhe überschreitet, wenn der mit dem Kollektoranschluß des ersten Transistors verbundene Ausgangsanschluß mit einer Spannungsversorgungsleitung kurzgeschlossen ist.

3. Verstärkerschaltung nach Anspruch 2, wobei das Emittergebiet des zur Strombegrenzungsstufe gehörigen zweiten Transistors auf das 1/n-fache des Emittergebiets des zur Ausgangsstufe gehörigen ersten Transistors festgesetzt ist, um dadurch den Gesamtstrom der Schaltung zu verringern.

4. Verstärkerschaltung nach Anspruch 3, wobei die Strombegrenzungsstufe weiterhin einen Widerstand enthält, der zur weiteren Reduzierung des Gesamtstroms der Schaltung zwischen den Emitteranschluß des zweiten Transistors und Masse geschaltet ist.

5. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1, wobei die Ausgangsstufe einen ersten Transistor als Transistor in Emittergrundschaltung aufweist, dessen Kollektoranschluß mit dem Ausgangsanschluß verbunden ist,
wobei die Strombegrenzungsstufe eine Referenzspannungsquelle, einen zwischen den Emitteranschluß des ersten Transistors und Masse geschalteten Widerstand und einen Differenzverstärker mit zwei Eingangsanschlüssen aufweist,
wobei der Verbindungspunkt zwischen dem Emitteranschluß des ersten Transistors und dem Widerstand mit einem der beiden Eingangsanschlüsse des Differenzverstärkers und die Referenzspannungsquelle mit dem anderen Eingangsanschluß des Differenzverstärkers verbunden ist,
wobei die Ausgangstreiberstufe einen dritten Transistor in Emitterfolgerschaltung aufweist, dessen Emitteranschluß mit dem Basisanschluß des ersten Transistors, und dessen Basisanschluß mit dem Ausgang der Eingangsstufe verbunden ist, und dessen Basisstrom durch den Ausgang des Differenzverstärkers gesteuert wird, und
wobei die Verstärkerschaltung derart aufgebaut ist, daß der Basisstrom des dritten Transistors durch den Ausgang des Differenzverstärkers gesteuert werden kann, wobei eine Strombegrenzung mit höherer Genauigkeit dadurch erreicht wird, daß der Kollektorstrom des ersten Transistors durch den Widerstand, den Differenzverstärker und die Referenzspannungsquelle begrenzt wird, um dadurch den ersten Transistor und den Spannungsregler zu schützen und die Ausgangsspannung des Spannungsreglers stabil beizubehalten, wenn der mit dem Kollektor des ersten Transistors verbundene Ausgangsanschluß mit einer Spannungsversorgungsleitung kurzgeschlossen ist.

6. Verstärkerschaltung, zu deren Spannungsversorgung ein Spannungsregler verwendet wird, mit einem Operationsverstärker bestehend aus:

a) einer Ausgangsstufe mit einem Transistor in Emittergrundschaltung und einem mit dem Kollektoranschluß des Transistors verbundenem Ausgang,
b) einer Ausgangstreiberstufe zur Ansteuerung des Transistors in Emittergrundschaltung der Ausgangsstufe,
c) einer Strombegrenzungsstufe, die mit zumindest einer der Ausgangsstufe oder der Ausgangstreiberstufe verbunden ist, wobei die Strombegrenzungsstufe eine Strombegrenzung derart durchführt, daß der Kollektorstrom des in Emittergrund schaltung betriebenen Transistors der Ausgangsstufe eine vorbestimmte Stromhöhe nicht überschreitet,
d) einer Eingangsstufe, deren Ausgang mit der Ausgangstreiberstufe verbunden ist,
e) einer zusätzlichen Ausgangseinrichtung, die mit dem Ausgangssignal der Ausgangsstufe gespeist wird, und die eine Gegentaktverstärkerstufe, eine zweite Strombegrenzungsstufe zur Begrenzung des durch die Gegentaktverstärkerstufe fließenden Stromes und einen Ausgangsanschluß enthält, der durch den Gegentaktverstärker und die zweite Strombegrenzungsstufe gesteuert wird, und an dem ein Ausgangssignal der Verstärkerschaltung abgreifbar ist,
f) wobei eine Strombegrenzung selbst bei einem Kurzschluß des Ausgangs der Verstärkerschaltung mit einer Spannungsversorgungsleitung oder Masse derart durchgeführt wird, daß der Strom in der Gegentaktverstärkerstufe einen vorbestimmten Wert nicht überschreitet und ein vorbestimmter Wert der Ausgangsspannung des Spannungsreglers stabil beibehalten wird.

7. Verstärkerschaltung nach Anspruch 6, wobei der Transistor in Emittergrundschaltung der Ausgangsstufe einen ersten Transistor enthält, an dessen Kollektoranschluß das Ausgangssignal abgreifbar ist, wobei die Strombegrenzungsstufe einen zweiten Transistor mit der gleichen Polarität wie der erste Transistor enthält, dessen Kollektor- und Basisanschluß miteinander verbunden und an den Basisanschluß des ersten Transistors angeschlossen sind, und dessen Emitteranschluß mit dem Emitteranschluß des ersten Transistors verbunden ist, wobei die Ausgangstreiberstufe einen dritten Transistor in Emitterfolgerschaltung enthält, dessen Emitteranschluß mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Kollektor- und dem Basisanschluß des zweiten Transistors, dessen Kollektoranschluß mit der Strombegrenzungsstufe und dessen Basis mit dem Ausgang der Eingangsstufe verbunden ist, wobei die Gegentaktverstärkerschaltungsstufe der zusätzlichen Ausgangseinrichtung einen NPN-Transistor und einen PNP- Transistor in Emitterfolgerschaltung, einen zwischen den Ausgangsanschluß und NPN- oder PNP-Transistor der Gegentakt verstärkerstufe geschalteten Widerstand und einen zwischen den Ausgangsanschluß und den anderen NPN- oder PNP-Transistor geschalteten Widerstand aufweist, wobei die zweite Strombegrenzungsstufe der zusätzlichen Ausgangseinrichtung einen strombegrenzenden NPN-Transistor, dessen Kollektor- und Basisanschluß mit dem Basis- bzw. dem Emitteranschluß des NPN- Transistors der Gegentaktverstärkerstufe und dessen Emitteranschluß mit dem Ausgangsanschluß verbunden ist, und einen strombegrenzenden PNP-Transistor enthält, dessen Kollektor- und Basisanschluß mit dem Basis- bzw. dem Emitteranschluß des PNP-Transistors der Gegentaktver stärkerstufe, und dessen Emitteranschluß mit dem Ausgangsanschluß verbunden ist, wobei die aus dem NPN- und dem PNP-Transistor gebildete Gegentaktverstärkerstufe durch den in der Ausgangsstufe enthaltenen ersten Transistor angesteuert wird, und wobei der Strom durch die aus dem NPN-Transistor und dem PNP-Transistor gebildete Gegentaktverstärkerstufe durch den strombegrenzenden PNP-Transistor und den strombegrenzenden NPN-Transistor begrenzt wird, um die Gegentaktverstärkerstufe und den Spannungsregler zu schützen und die Ausgangsspannung des Spannungsreglers stabil beizubehalten, wenn der Ausgangsanschluß der zusätzlichen Ausgangseinrichtung mit der Spannungsversorgungsleitung oder Masse kurzgeschlossen ist.