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Trennung der Stufen in einem mehrstufigen Operationsverstaerker durch einen Level Shifter bzw. Source Folger

IP.com Disclosure Number: IPCOM000019691D
Original Publication Date: 2003-Oct-25
Included in the Prior Art Database: 2003-Oct-25

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

In mehrstufigen (mindestens zweistufigen) Operationsverstaerkern (Opamp) werden ueblicherweise eine n-Kanal- mit einer p-Kanal-Stufe kombiniert. Abbildung 1 zeigt ein Beispiel eines solchen Operationsverstaerkers. Im Gegensatz zu Abbildung 1 ist auch die Variante mit n-Kanal-Eingang und p-Kanal-Ausgang realisierbar. Bei beiden Varianten kann der Arbeitspunkt komplikationslos eingestellt werden. Eine Kombination von n-Kanal-Eingang und n-Kanal-Ausgang ist nicht direkt moeglich. Bisher wurde diese Kombination durch Verwendung eines Differenzverstaerkers mit Stromquelle im Fusspunkt in der zweiten Stufe geloest (Abb. 2). Der Nachteil liegt darin, dass zwei Transistoren im Pfad vom Ausgang gegen VSS (Abb. 2) sind. Die hier vorgestellte Methode fuegt, wie in Abbildung 3 beispielhaft dargestellt, einen Level Shifter (Pegelwandler) bzw. einen Source Folger (Transistorschaltung, bei der das Ausgangssignal durch Stromfluss im Source erzeugt wird) als Verbindung der n-Kanal-Transistoren in den Signalpfad ein. Die Trennung der ersten und zweiten Stufe in diesem Schaltungsbeispiel durch den Level Shifter bzw. Source Folger ermoeglicht die Verwendung von n-Kanal-Transistoren fuer Ein- und Ausgang und die Einstellung des Arbeitspunktes. Mit der Verwendung von n-Kanal-Transistoren kann die Transitfrequenz vom Gesamt-Opamp erhoeht werden. Am Ausgang ist nur ein Transistor gegen VSS bzw. VDD notwendig, was passend fuer kleine Versorgungen kombiniert mit grosser Ausgangsamplitude ist. Die Verwendung von n-Kanal-Transistoren ermoeglicht eine Eingangsstufe mit geringerer Eingangskapazitaet. Abbildung 4 zeigt einen zweistufigen Miller Opamp mit geregelter Kaskode in der Eingangsstufe und einem n-Kanal-Ausgangsverstaerker. Die Kaskodenschaltung ist eine Schaltungsart, bei der in den Drain-Zweig ein Transistor eingeschleift wird. D.h. der Drain-Widerstand wird durch einen Transistor ersetzt, dessen Eingang auf ein konstantes Potenzial gelegt wird. Die Trennung der ersten und der zweiten Stufe erfolgt durch die Level Shifter bzw. die Source Folger M3 und M4.