DE2524439A1

DE2524439A1 - Spannungs-strom-umsetzer

Info

Publication number: DE2524439A1
Application number: DE19752524439
Authority: DE
Inventors: Rudy Johan Van De Plassche
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1974-06-14
Filing date: 1975-06-03
Publication date: 1976-01-02
Also published as: NL7503664A; FR2275067A1; USRE29700E; JPS5639722B2; CA1035418A; GB1503951A; US4004247A; JPS5111347A; DE2524439C3; FR2275067B1; DE2524439B2; NL7407953A

Description

S(JnS/JV/JB 7-5-1975

Akte No.: '-//(' 7-; .\i/
no vomi

"Spannungs-Strom-Umsetzer".

Die Erfindung bezieht sich auf einen Spanriuiigs-Strom-Umsetzer mit einem Gegentaktspannungseingang und einem Gegentaktstromausgang.

Ein derartiger Spannungs-Strom-Umsetzer ist aus dem deutschen Patent 2.204.'H9_f Fig. 5, bekannt. Der betreffende Spannungs-Strom-Umsetzer besteht aus zwei "künstlichen Transistoren", deren "Basis-Elektroden" den Gegentaktspanniingseingang bilden, deren "Kollektoren" den Gegentaktstromausgang bilden und deren "Emitter" miteinander über einen Widerstand und je für sich mit einer Strom-

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■ quelle verbunden sind. Dieser Spannungs-Strom-Umsetzer weist im Vergleich, zu einem ^'hnlichen Umsetzer, bei dem die "künstlichen Transistoren" aus einfachen Transistoren bestehen, den Vorteil auf, dass durch den "Basis-Emitter-Übergang" des "künstlichen Transistors" nur ein kleiner Teil des Ausgangssignalstroms fliesst. Ein Nachteil besteht aber darin, dass die "künstlichen Transistoren" aus Transistoren vom npn- sowie vom pnp-Leitfähigkeitstyp aufgebaut sind. Aus technologischen Gründen werden pnp-Transistoren in integrierten Schaltungen im allgemeinen als laterale Transistoren ausgebildet. Laterale pnp-Transistoren sind vor allem in bezug auf die Hochfrequenzeigenschaften erheblich slechter als npn-Transistoren.

Die Erfindung bezweckt, einen genauen Spannungs-Strom-Umsetzer zu schaffen, der als eine integrierte.Schaltung ausgebildet werden kann, ohne dass wenigstens in dem Signalweg·laterale pnp-Transistoren angeordnet zu werden brauchen.

Die Erfindung ist dazu dadurch gekennzeichnet, dass der Umsetzer eine erste und eine zweite Stromspiegelanordnung enthält, wobei in jeder der beiden Stromspiegelanordmmgen in einer ersten

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Strombahn, die zwischen einem prsten EingangsanschluHspunkl· und einem gemeinsamen Ansrhlusspunkt gebildet wird, wenigstens die Kollektor-Emitter-Strecke eines ersten Transistoren angeordnet ist, wobei der Emitter dieses ersten Transistors mit dem gemeinsamen Anschlusspunkt verbunden ist, während in einer zweiten Stroiiibalin, die zwischen einem Ausgangsanschlusspunkt und dem gemeinsamen Anschlusspunkt gebildet wird, wenigstens die Reihenschaltung der Kollektor-Emitter-Strecke eines zweiten Transistors und eines Halbleiterübergangs angeordnet ist, wobei der Halbleiterübergang den Basis-Emitter-Übergang des ersten Transistors überbrückt, wobei die Basis des ersten Transistors mit einem zweiten Eingangsanschlusfapunkt verbunden ist, während weitei¹ vorgesehen sind: eine erste und eine zweite Stromquellenschaltung, deren Ausgänge mit den ersten Eingangsansclilusspuiiki en der ersten bzw. zweiten Strom— spiegelanordnung verbunden sind; eine Impedanz, cie zwischen den zweiten Eingangsanschlusspunkten der ersten und de]¹ zweiten Stromspiegelanordnung angebracht isi; und ein erster und ein zweiter Eingangstransistor, deren Emitter mit den gemeinsamen Anschlusspunkton der ersten bzw. zweiten Strom-

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TUN.758h

k - 7_r_

spiegelanordnung verbunden sind, wobei der Gegentaktspannungseingang durch die Basis-Elektroden der beiden Eingangstransistoren gebildet wird, während der Gegentaktstroinausgang durch die Ausgangsanschlusspunkte der beiden Stromspiegelanordnungen gebildet wird.

Venn die Basisströme der verschiedenen Transistoren vernachlässigt werden, fliesst der Signalstrom bei dem Umsetzer nach der Erfindung zwischen den Ausgangsanschlusspunkten der ersten und

S f

der zweiten Stromspiegelanordnung über einen Signalweg, der die reihenschaltung der Kollektor-Emitter-Strecken der zweiten Transistoren der ersten und der zweiten Stromspiegelanordnung und der Impedanz enthält. Daraus geht ein Vorteil des Spannungs-Strom-Umsetzers nach der Erfindung hervor. Andere Elemente der Schaltung als die in dem genannten Signalweg angeordneten Elemente führen ja keine Signalströme. Bei dem Spannungs-Strom-Umsetzer nach der Erfindung ist die Anwendung von Feldeffekttransistoren u.dgl. keineswegs ausgeschlossen. So können für die Eingangstransistoren in gewissen Fällen vorteilhafterweise Feldeffekttransistoren Anwendung finden. Für "Basis", "Emitter" und "KoI-

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lektor" soll dann "Gate-Elektrode", "Source-Elektrode" bzw. "Drain-Elektrode" gelesen werden.

Tn bezug auf die Ansteuerung des

Spannungs-Strom-Umsetzers nach, der Erfindung mit den Eingangstransistoren gibt es viele Möglichkeiten. Eine erste bevorzugte Ausführungsform ist in bezug auf die Eingangstransistoren dadurch gelcennz ei clone t, dass der erste und der zweite Eingangstransistor von einem dem der Transistoren der Stromspiegelanordnungen entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp sind und gegensinnig in Reihe mit diesen Transistoren geschaltet sind.

Eine zweite bevorzugte Ausi'ührungsform ist in bezug auf die Eingangstransistorsn dadurch gekennzeichnet, dass die Kollektoren des ersten und des zweiten Eingangstransistors mit den zweiten Eingangs an Schluss punk ten der ersten bzw. der zweiten Stromspiegelanordnung verbunden sind, und de *s der erste und der zweite Eingangstransistor von einem dem der Transistoren der Stromspiegelanordnungen gleichen Leitfähigkeitstyp sind und in den Emitterleitungen des ersten und des zweiten Eingangstransistors eine dritte bzw. eine vierte Stromquellenschaltung angeordnet sind.

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Diese Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass die Basis-Kollektor-Spannung der Eingangstransistoren niedrig, und zwar gleich dor Basis-Emitter-Spannung der ersten Transistoren der· ersten und der zweiten Stromspiegelanordnung ist, wodurch, als Eingangstransistoren Transistoren mit einem hohen Stromverstärkungsfaktor angewendet werden können.

Der Spaimungs-Strom-Unisetzer nach der

Erfindung kann z.B. als Eingangsschaltung für Messverstärker verwendet werden. Dabei ist es wünschenswert, dass der Umsetzungsfaktor dem Eingangssignalpegel angepasst werden kann. Dies kann dcidurch erfolgen, dass der Umsetzuiigsfaktor z.B. mittels eines Schalters gewählt werden kann. Dazu ist dar Spannungs-Strom-Umsetzor nach der Erfindung, bei dem die erste und die zweite Stromspiegelanordnung ein erstes Paar bilden, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungs-Strom-Umsetzer mindestens ein zweites Paar von Stromspiegelanordiiungen enthält, das ebenfalls eine erste und eine zweite Stroraspiegclanordnung umfasst, die den gleichen Aufbau wie die Stromspiegelanordnungen des ersten Paares aufweisen, wobei die gemeinsamen Anschlusspunkte der ersten Strom-

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n Ordnungen des ersten und des zweiten Paares, gleich wie die gemeinsamen Anschlusspunkte der zweiten St-roinspiegelanordnungen des ersten und des zweiten Paares, miteinander verbunden sind, dass die zweiten Eingangsanschlusspunkte der ersten und der zweiten Stromspiegelanordmuig des zweiten Paares ebenfalls über eine Impedanz miteinander verbunden sind, und dass weiter die ersten Eingangsanschluss- . punkte? der ersten und der zweiten Stromspiegelanordnung dos zwei(en Paares gleichfalls mit Ausgängen von Stroinquellonschaltungen verbunden sind.

Dabei ist es möglich, die verschiedenen Stromquellen schaltbar zu machen oder mit Hilfe von Schaltern jeweils die Ausgangsanschlusspunkte eines anderen Paares von Stromspiegelanordnungen zu wählen.

Ώβτ Spannungs-Strom-Umsetzer mit

mehreren Paaren von Stromspiegelanordnungen nach der Erfindung gründet sich auf die Erkenntnis, dass die Signal ströme den vorgenannten Signalweg dur.chfliessen. Das Einschalten jeweils einer anderen Impedanz in diesen Signa]weg würde den Nachteil mit sich bringen, dass durch die Sehalteinheiten ein Signalstrom fliesst, was den Umsetzungsfaktor beeinflussen würde. Durch die zuletzt genannte Massnaliine nach der Erfindung

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ist es möglich, die Schalteinheiten ist die vorhergehende Ausführungsforni eines Spannungs-Strom-Umsetzers nacli der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Eingangsanschlusspunkte aller ersten Stromspiegelanordnungen je für sich über Schaltelnheiten mit dem Ausgang der ersten Stromquellensehaltung verbunden sind, und dass die ersten Eingangsanschlusspunkte aller zweiten Stromspiegelanordnungen je für sich über Schalteinheiten mit dem Ausgang-der zweiten Stroinqixellenschaltung verbunden sind.

Diese Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass bei jedem Paar von Stromspiegelanordnungen die Gleichstrumeinstellung dieselbe ist. Werden füx' die Sclialteinheiten Bipolartransistoren verwendet, so sollen diese einen dem der Transistoren der ersten .und der zweiten Stromspiegelanordnung entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp aufweisen.

In bezug auf die erste und die zweite

Stroinquellcnschaltung ist eine bevorzugte Ausführungsform des Spannungs-Strom-Unisetzers nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Stromquellenschaltung eine dritte bzw. eine vierte Stromspiegelanordnung enthalten, die aus Transistoren von einem dem der Transistoren der ersten und der

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zweiten Stromspiegolanordnuiig entgegengesetzten Leitfüjilgkeitstyp aufgebaut sind, wobei in jeder der beiden Stromspiegelanordnungen in einer ersten StroHibnlm, die zwischen einem ersten Eiiigangsanschlusspunkt und einem gemeinsamen Anschlusspunkt gebildet wird, mindestens die Kollektor-Emitter-Strecke eines ersten Transistors angeordnet ist, wobei der Emitter dieses ersten Transit ί ors mit dem gemeinsamen Anschlusspunkt verbunden ist, während in einer zweiten Strombahn, die zwischen einem Ausgangsanschlusspunkt und dem gemeinsamen Anschlusspunkt gebildet wird, mindestens die Reihenschaltung der Kollektor-Emitter-Strecke eines zweiten Transistors und eines Halbleiterübergangs angeordnet ist, wobei der Kollektor dieses zweiten Transistors mit dem Ausgangsanschlusspunkt verbunden ist, wobei der Halbleiterübergang den Basis-Emitter-Übergang des ersten Transistors überbrückt, und wobei die Basis dieses ersten Transistors mit einem zweiten Eingangsanschlusspunkt verbunden ist, während der erste Eingangsanschlusspunkt der dritten und der vierten StxOmspiegelaiiordnung'mit dem Kollektor des ersten bzw. des zweiten Eingangstransistors verbunden ist, die den gleichen Leitfähigkeitstyp wie die Transits-

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toren der ersten und der zweiten Stromspiegelanordnung aufweiten; dass der Ausgangsanschlusspunkt der dritten und der vierten Stromspi egelanordnung mit dem ersten Eingangsanschlusspunkt der ersten bzw. zweiten Stromspiegelanordnung verbunden ist, und dass eine dritte und eine vierte Stromquellenschaltung Vorgesehen sind, die mit dem gemeinsamen Änschlusspunkt der ersten bzw. der zweiten Stromspiegelanordnung verbunden sind.

Eine Verbesserung dieser bevorzugten Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Eingangsanschlusspunkte der dritten und der vierten Stromspiegelanordnung miteinander verbunden sind; dass die dritte Stromquellenschaltung die Reihenanordnung der Kollektor-Emitter-Strecken eines dritten und eines vierten Transistors enthält; und dass die vierte Stromquellenschaltung die Reihenanordnung der Kollektor-Emitter-Strecken eines fünften und eines sechston Transistors enthält, wobei die Emitter des. dritten und des fünften Transistors mit einem ersten Punkt fester Spannung, die Basis-Elektroden mit einem zweiten Punkt fester Spannung und die Kollektoren mit den Emittern des vierten bzw. des sechsten Transistors verbunden sind,

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wobei die Has J s-Elcktrodoii dos vierten und des sechsten Transistors mit einem dritten Punkt fester Spannung und die Kollektoren mit den gemeinsamen AnscliliiRspunklen der ersten bzw. der zweiten Stroraspiegelanordnung verbunden sind, während zwischen den Emit lern dop vierten und des sechsten Transistors ein Potentiometer angeordnet ist, dessen Abgriff mit einem vierten Punkt fester Spannung verbunden ist. Kin Spannungs-Strom-TTmsetzer nach der vorhei ,,ohendrn Ausführuiigsform oder nach der verbessorten Abwandlung derselben mit umschaltbarem UiiisetzDJigsfnKtor, wobei die erste und die zweite Stroinspi eg<·] anordnung ein erstes Paar bilden, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungs-Strom-Uiiisetzer mindestens ein zweiter. Paar von Strom— Spiegelanordnungen enthält, das ebenfalls durch eine erste xmd nine zweite Stromspiegelanordnung gebildet wird, die den gleichen Aufbau wie die Stromspiegelanordnungen des ersten Paares aufweisen, wobei die gemeinsamen Anschlusspunkte der ersten Stromspiegelaiiordimngon des ersten und des zweiten Paares, gleich wie die gemeinsamen Anschlusspunkte der zweiten Stromspi egelanordnungen d»··; ersten und des zweiten Paares, miteinander verbunden sind; dass

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die zweiten Anschlusspunkte der ersten und der zweiten Stromspiegelanordnung des zweiten Paares ebenfalls über eine Impedanz miteinander verbunden sind; dass die Basis des zweiten Transistors der dritten Stromspiegelanordnung mit der Basis eines elften Transistors vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie der zweite Transistor der dritten Stromspiegelanordnung verbunden ist, wobei der Kollektor dieses elften Transistors mit dem ersten Anschlusspunkt der ersten Stromspiegelanordnung des zweiten Paares verbunden ist, wobei Schalteinheiten den Emitter des zweiten Transistors der dritten Stromspiegelanordnung und den Emitter des elften Transistors je für sich mit dem zweiten Eingangsanschlusspunkt der dritten Stromspiegelanordnung verbinden, und dass weiter die Basis des zweiten Transistors der vierten Stromspiegelanordnung mit der Basis eines zwölften Transistors vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie der zweite Transistor der vierten Stromspiegelanordnung verbunden ist, wobei der Kollektor dieses zwölften Transistors mit dem ersten Eingangsanschlusspunkt der zweiten Stromspiegelanordnung des zweiten Paares verbunden ist, wobei Schalteinheiten den Emitter des zweiten Transistors der vierten Stromspiegelanordnung

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PHlI. 7 5 - 13 - 12-i>-

und den Emitter des zwölften Transistors jo für sich mit dem zweiten Anschlusspunkt der vierten Stromspiegelanordnung verbinden.

Bei dieser Ausführungsform sind die

Schalteinheiten in der dritten und der vierten Stromspiegelanordnung angebracht, wobei die Schalteinheiten Bipolartransistoren sein können.

Zur besseren Unterdrückung von Gleichtaktsignalen ist eine bevorzugte Ausführungsform eines Spannungs-Strom-Umsetzers nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Stromquellenschaltung dadurch gebildet werden, dass eine fünfte Stromquellenschaltung mit den Basis-Elektroden eines siebenten und eines achten Transistors verbunden ist, die einen dem der Transistoren der ersten und der zweiten Stromspiegelanordnung entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp aufweisen, wobei die Emitter dieses siebenten"und dieses achten Transistors miteinander und die Kollektoren mit <?en Basis-Elektroden eines neunten bzw. zehnten Transistors verbunden sind, die den gleichen Leitfähigkeitstyp wie der siebente und der achte Transistor aufweisen und deren Emitter mit den Basis-Elektroden des siebenten und des achten Transistors und deren

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Kollektoren mit den ersten Eingangsanschlusspunkten der ersten bzw. der zweiten Stromspiegel anordnung verbunden sind; dass der erste und der zweite Eingangstransistor vom gleichen Leitfähigkeitstyp vie die Transistoren der ersten und der zweiten Stromspiegelanordnung sind, und dass die Kollektoren des ersten und des zweiten Eingangstrarisistors mit den Kollektoren des siebenten und des achten Transistors und die gemeinsamen Anschlusspunkte der ersten und der zweiten Stromspiegelanordnurig mit einer sechsten bzw. einer siebenten Stromquellenschaltung verbunden sind.

Um einen umschaltbaren Umsetzungsfaktor zu erhalten, ist die vorhergehende Ausführungsform, bei der die erste und die zweite Stromspiegelanordnung ein erstes Paar bilden, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungs-Strom-Umsetzer mindestens ein zweites Paar von Stromspiegelanordnungen enthält, das ebenfalls durch eine erste und eine zweite Stromspiegelanordnung gebildet wird, die den gleichen Aufbau wie die Stromspiegelanordnungen des ersten Paares aufweisen, wobei die gemeinsamen Anschlusspunkte dor . ersten Stromspiegelanordnungen des ersten und des zweiten Paares, gleich wie die gemeinsamen Anschluss-

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punkte der zweiten Stromspiegelanordnungen des ersten und des zweiten Stromspiegelanordnungen des ersten und des zweiten Paares, miteinander verbunden sind; dass die zweiten Eingangsanschlusspunkte der ersten und der zweiten Stromspiegelanordnung des zweiten Paares ebenfalls über eine Impedanz miteinander verbunden sind; dass die Basis des neunten Transistors mit der Basis eines dreizehnten Transistors vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie der neunte Transistor verbunden ist, wobei der Kollektor dieses?dreizehnten Transistors mit dem ersten Eingangsanschlusspunkt der ersten Stromspiegelanordnung des zweiten Paares verbunden ist, wobei Schalteinheiten den Emitter des neunten Transistors und den Emitter des dreizehnten Transistors je für sich mit der Basis des siebenten Transistors verbinden, und dass weiter die Basis des zehnten Transistors mit der Basis eines vierzehnten Transistors vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie der zehnte Transistor verbunden ist, wobei der Kollektor dieses vierzehnten Transistors mit dem ersten Eingangsanschlusspunkt der zweiten Stromspiogclanordnunf des zweiten Paares verbunden ist, wobei Schalteinheiten den Emitter des zehnten Transistors und den Emitter des vierzehnten Transis-

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tors je für sich mit der Basis des achten Transistors verbinden.

Einige Ausfuhrungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine bekannte Stromspiegelanordnung,

Fig. 2 eine erste Ausführungsform eines Umsetzers nach der Erfindung,

Fig. 3 den Aufbau eines vertikalen

Substrat-pnp-Transistors neben einem vertikalen npn-Transistor,

Fig. h eine zweite Ausfuhrungsform eines Umsetzers nach der Erfindung,

Fig. 5 eine dritte und zugleich bevorzugte Ausführungsform eines Umsetzers nach der Erfindung ,

Fig. 6 eine Schaltung, die einen Teil der Schaltung nach Fig. 5 ersetzen kann,

Fig. 7 ein Anwendungsbeispiel eines Spannungs-Strom-Umsetzers nach der Erfindung,

Fig. 8 eine Ausfuhrungsform eines

Spanmmgs-Strom-Umsetzers nach der Erfindung mit umschaltbarem Umsetzungsfaktor, und

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Fig. 9 eine Schaltung, die einen Teil der Schaltung nach Fig. 8 ersetzen kann

Bei der bekannten Stromspiegelanordnung nach Fig. 1 ist in der Strombahn, die zwischen einem ersten Eingangsanschlusspunkt 1 und einem gemeinsamen Anschlusspunkt h gebildet wird, die Kollektor-Emitter-Strecke eines ersten Transistors T₁ angeordnet. Der Emitter dieses Transistors T₁ ist mit dem gemeinsamen Anschlusspunkt h verbunden. In der zwischen einem Ausgangs ans chlus spunk t 2 und dem gemeinsamen Anschlusspunkt h gebildeten Strombahn ist die Reihenschaltung der Kollektor-Emitter-Strecke eines zweiten Transistors T_ und eines Halbleiterübergangs, im dargestellten Beispiel eines als Diode geschalteten Transistors T„, angeordnet. Der Halbleiterübergang überbrückt dabei den Bas is-Emitter-Übergang des Transistors T.. , so dass auf diese Weise ein Stromspiegel erhalten ist. Der Kollektor des"Transistors T„ ist mit dem Ausgangsanschlusspunkt 2 verbunden, während die Basis mit dem Kollektor des Transistors T₁ verbunden ist. Ein zweiter Eingangsanschlusspunkt 3 ist mit der Basis des Transistors T₁ verbunden. Die Transistoren T₁ , T„ und T sind vom gleichen Leitf'ähigkeitstyp, im dargestellten Beispiel vom npn-Leitfähigkeits-

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Wenn angenommen wird, dass der Transistor T eine gleiche Basis-Emitter-Oberfläche wie der Transistor T₁ aufweist, ist der die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors T durchfliessende Strom gleich dem die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors T₁ durchfliessenden Strom. Dieser Sürom ist dabei gleich dem Strom I₁ , der dem Eingangsanschltisspunkt 1 zugeführt wird. Wird dem Eingangsanschlusspunkt 3 ein Strom I zugeführt, so gilt, dass der«den Ausgangsanschlusspunkt 2 durchfliessende Strom gleich I₁ - I ist. Der den gemeinsamen Anschlusspunkt k durchfliessende Strom I ist gleich 2I₁.

Die an Hand der Fig. 1 beschriebene

Stromspiegelanordnung wird in dem Spannungs-Strom-Umsetzer nach der Erfindung verwendet, von dem Fig. eine erste Ausführungsform zeigt.

Der Spannungs-Strom-Umsetzer nach Fig. 2 enthält zwei Stromspiegelanordnungen entsprechend Fig. 1. Die erste Stromspiegelanordnung ist mit den gleichen Bezugsbuchstaben und -ziffern wie in Fig. 1 versehen. Die zweite Stromspiegelanordnung weist auf entsprechende Weise einen ersten Eingangsanschlus^- pimkt 5, einen zweiten Eingangsanschlusspunkt 7»

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einen Ausgangsanschlusspunkt 6, einen gemeinsamen Ansehlusspuiikt 8, einen ersten Transistor T. , einen zweiten Transistor T_ und einen als Diode geschalteten Transistor T,- auf. Zwischen den Eirigangsanschlusspunkten 3 und 7 ist ein Widerstand R angeordnet. Die Eingangsanschlusspunkte 1 und 5 sind über die Stromquellen 13 bzw. lh mit einem Punkt 11 konstanter pofji liver Spannung verbunden. Die AxisgangsanscMusspuhkte 2 und 6 bilden den Gegentaktstromausgang des Spanntmgs-Stroiii-Uinsetzers. Die gemeinsamen Anschlusspunkte h und 8 sind mit den Emittern der Eingangstransistoren T_ bzw. T_D verbunden. Die Basis-Elektroden dieser Eingangstransistoren T_ und T« sind mit den Gegentaktspannungseingangsklemnien 9 bzw. 10 verbunden, während die Kollektoren mit einem Punkt 12 konstanter negativer Spannung verbunden sind.

Venn angenommen wird, dass der von der Stiotnquelle 13 dem Eingangsanschlusspunkt 1 zugei'ührte Strom gleich I₁ ist und dass von der Stromquelle 14 ein Strom gleich T dem Eingangsanschlusspunkt J| und somit die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors T durchfliegst, gleich 2I₁, vorausgesetzt, dass die Transistoren T' und T„ identisch pin<l, und ist dor den gemeinsamen Anschlusspunkt 8

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und somit die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors T₀ durchfliessende Strom I₀ gleich 2I_, vorauso ο 5

gesetzt, dass die Transistoren T. und T^- identisch, sind. Durch den als Diode geschalteten Transistor· T_ fliesst ein Strom gleich I₁ und ebenfalls fliesst ein Strom gleich I durch den als Diode geschalteten Transistor T^. Wenn die von den Stromquellen I3 und ~\k gelieferten Ströme T₁ und I_ konstant sind, sind die Basis-Emitter-Spannungen der Transistoren T₁, T„, T. , T^-, T₇ und To konstant. Die Spannung über dem Widerstand R ist dann gleich der Eingangsdifferenzspannung V, die zwischen den Anschlusspunkten 9 und

10 vorhanden ist, abzüglich des Unterschiedes zwischen der Summe der Basis-Emitter-Spannungen der Transistoren T und T_ und der Summe der Basis-Eniitter-Spannungen der Transistoren T. und To, also bis auf eine konstante Spannung gleich V. Wenn die Ströme

1₁ und I einander gleich sind, die Transistoren T₇ und Tg einander gleich sind, die Transistoren T₇ und Tq einander gleich sind und die Stromspiegelanordnungen miteinander identisch sind, gilt, dass die Spannung über dem Widerstand R gleich der* Eingangsdif ferenzspannung V ist. Der Strom I , der den Widerstand R durchfliesst, ist dabei gleich V/R.

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Der Strom I„, der den Ausgangsanschlusspunkt 2 durchfliesst, ist gleich T + T , während der den Ausgangsanschlusspunkt 6 durchfliessende Strom I^ gleich I_ - I_ und somit gleich I₁ - I₁, ist. Auf diese Weise ist ein Gegentaktausgangsstrom erhalten. Wenn die Basisströme der verschiedenen Transistoren vernachlässigt werden, gilt, dass der Ausgangssignalstrom I_R von dem Ausgangsanschlusspunkt 2 her über die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors T_, den Widerstand R und die Emitter--Kollektor-Strecke des Transistors T- zu dem Ausgangsanschlusspunkt 6 fliesst und dabei nicht die Eingangstransistoren T„ und Tq durchfliesst. Der Basissignalstrom der Transistoren T_ und T₁. durchfliesst wohl die Eingangstransistoren T_ und Tg.

Es sei bemerkt, dass die Transistoren T_ und Tq pnp-Transistoren sind, was jedoch weniger bedenklich ist, weil die beiden pnp-Tränsistoren mit ihrem Kollektor an den Punkt mit dem niedrigsten Potential der Schaltung angeschlossen sind, so dass zu diesem Zweck vertikale Substrat-pnp-Trarisistoren verwendet werden können, die erheblich günstiger als laterale pnp-Transistoren sind.

Fig. 3 zeigt zur Verdeutlichung den

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PHN, 75 - 22 - 12-5-1975

Schnitt durch einen möglichen Aufbau eines vertikalen Substrat-pnp-Transistors neben einem vertikalen npn-Transistor. Auf dem p-leitenden Substrat 20 ist eine η-leitende epitaktische Schicht angebracht, die durch eine ρ -Trenndiffusion 26 in zwei Gebiete 21 und 22 unterteilt ist. Durch Diffusion von p-leitendem Material in die Gebiete 21 und 22 sind zwei p-leitende Inseln 23 bzw. 24 gebildet. In der p-leitenden Insel 23 ist ein η-leitendes Gebiet 25 gebildet. Der Emitter, die Basis und der Kollektor des vertikalen Substrat-pnp-Transistors werden durch die p-leitende Insel Zk, die η-leitende epitaktische Schicht 22 bzw. das Substrat 20 gebildet, wobei ein Kollektoranschluss an dem Trenndiffusionsgebiet 26 hergestellt werden kann. Der Emitter, die Basis und der. Kollektor des vertikalen npn-Transistors werden durch das nleitende Gebiet 25, das p-leitende Gebiet 23 bzw. die η-leitende epitaktische" Schicht 21 gebildet.

Wenn es wünscheswert ist, die Transistoren T_ und Tq durch npn-Transistoren zu ersetzen, wird ein Spannungs-Strom-Umsetzer nach der zweiten Ausführungsform erhalten. Diese zweite Ausführungsforni ist in Fig. k dargestellt. Dieser Umsetzer entspricht dem Umsetzer nach Fig. 2, mit Ausnahme der

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PHN. 7?8-'< - 23 - 12-5-1975

Transistoren T,., und T₀, die durch die npn-Transj stören T bzw. T₁ und zvei hinzugefügte Stromquellen 15 und 16 ersetzt sind. Die Stromquelle 15, die einen Strom T führt, verbindet den gemeinsamen Ansohlusspunkt ^l mit dem Punkt 12 konstanten negativen Potentials, während die Stromquelle 16, die einen Strom I₁ führt, den gemeinsamen Anschlusspunkt 8 mit dem Punkt 12 verbindet. Die Eingangsanschlusspunkte 9 und 10 sind mit den Basis-Elektroden der Transistoren T bzw. T verbunden. Die Emitter der Transistoren T und T₁ sind mit den gemeinsamen Anschlusspunkten h bzw. 8 verbunden, während die Kollektoren mit den Basis-Elektroden der Transistoren T₁ bzw. Ti verbunden sind.

¥ie bei dem Umsetzer nach Fig. 2 ist

unter der Bedinung, dass die Transistoren T₁ und T_, gleich wie die Transistoren T. und IV, miteinander identisch sind, der Strom I. gleich 21.. und der S'trom

I₀ gleich 2Ι_. Der die Kollektor-Emitter-Strecke ο 5

des Transistors T durchfliessende Strom ist dann gleich 1 - 21 und der die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors T₁ durchfliessende Strom ist gleich I - 21 . Venn wieder der Strom I gleich dem Strom I_r, der Strom I gleich dem Strom 1' , der

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PIKI. _ 2k - 12-3-1975

Transistor T_Q mit dem Transistor T₁₀ identisch ist und die beiden Stromquellen miteinander jLdentisch sind, gilt, dass der Strom Ι_π gleich V/R ist. Für I = 3^₁ und somit I₁ = 3I-i sind die Gegentaktausgangsströrne I₀ und ~L_C gleich 2I₁ + Ι_π bzw. 2I₁ -

(L O IK I rl

Ausser der Tatsache, dass der Umsetzer

nach Fig. 2 lediglich npn-Transistoren enthält, weist der Umsetzer noch den Vorteil auf, dass die Kollektor-Eniitter-Spannungen der Eingangstransistoren T_Q und T₁ niedrig sind, weil diese gleich der Basis-Emitter-Spannung der Transistoren T^ bzw. T„ sind, wodurch für die Eingangstransistoren Transistoren mit einem hohen Stromverstärkungsfaktor verwendet werden können, weil ein hoher Stromverstärkungsfaktor mit einer niedrigen Kollektor-Emitter-Durchschlagspannung einhergeht.

Da die Kollektor-Emitter-Ströme der

Transistoren T und T_1n konstant sind und durch die Stromquellen 13 und 15 bzw. 14 und 16 bestimmt wesrden, sind die Stromquellen 15 und 16 genügend, während die Kollektorkreise der Transistoren T_q und T_1n mit je einem Stromspiegel an die ersten Eingangskreise der ersten und zweiten Stromspiegelanordnungen angeschlossen sind. Wenn dabei überdies die Stromquellen

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15 und 16 miteinander identisch sind, können beide Stromspiegel miteinander gekoppelt verden, während auch die beiden Stromquellen 15 und 16 miteinander gekoppelt werden können. Dies führt- zu dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 des Spannungs-Strom-Umsetzers gemäss der Erfindung.

Der Umsetzer nach Fig. 5 ist grundsätzlich dem nach Fig. h analog. Die erste und die zweite Strömspiegelanordnung, die miteinander über den Widerstand R gekoppelt sind, sind auf gleiche Weise ausgebildet und mit entsprechenden Bezugszeichßn versehen. Die Kollektoren der Eingangstransistoren T_q und T₁₀ sind mit den Kollektoren der Transistoren T₁- und T₁Q verbunden, die beide vom pnp-Leitfähigkeitstyp sind. Die Emitter der Transistoren T₁_ und T,Q sowie die Emitter zweier als Diode 15 10

geschalteter pnp-Transistören T₁ g und T_1Q sind mit dem positiven SpeisungsanSchlusspunkt 11 verbunden. Die Basis-Elektroden der Transistoren T₁ , T..^, T₁Q und T₁₀ sind miteinander verbunden, wodurch eine dritte und eine vierte Stromspiegelanordnung erhalten sind, die miteinander gekoppelt sind. Der Kollektorkreis des Transistors T₁_ bildet den Eingangskreis der dritten Stromspiegelanordnung und der Kollektor-

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VlTK. - 26 - i2-^

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kreis des Transistors T₁Q bildet den Eingangskreis der vierten Stromspiegelanordnung. Lie Ausgangskreise der dritten und der vierten Stromspiegelanordnung werden durch die Kollektor-Emitter-Strecken der pnp-Transistoren T.„ bzw. T₃₀ gebildet, deren Basis-Elektroden mit den Kollektoren der Transistoren T₁ „ bzw. T₁Q und deren Emitter mit den Kollektoren der

Transistoren T₁/ bzw. T₁- verbunden sind. Die Io 19

Kollektoren der Transistoren T₁₇ und T₂₀ sind mit den Eingangsanschlusspunkten 1 bzw. 5 verbunden. Die gemeinsamen Anschlusspunkte k und 8 sind mit den Kollektoren der Transistoren T₁₁ bzw. T₁₂ verbunden, deren Emitter mit den Kollektoren der Transistoren T₁- bzw...T₁JL verbunden sind. Die Emitter der Transistoren T₁^ und T^jL-sind mit dem negativen Speisungsanschlusspunkt 12 verbunden. Die Basis-Elektroden der Transistoren T₁ „ und T₁J, sind mit einem Anschlusspunkt 18 und die Basis-Elektroden der Transistoren T₁₁ und T₁P mit einem Anschlusspunkt 17 verbunden. Die Emitter der Transistoren T₁₁ und T_1? sind über ein Potentiometer 191 dessen Schieber mit dem negativen Speisungsanschlusspunkt 12 verbunden ist, miteinander verbunden.

Infolge der dritten und der vierten

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PKN. 7?84 27 - 1^-5-1975

Stromspiecelanordnung ist-dor Strom I₁₁J der die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors T_g durchfliesst, gleich dem Strom I₁, während der Strom I_1?, der die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors T₁ durchfliesst, gleich dem Strom I- ist. ¥ie bei den Umsetzern nach Figuren 2..und h ist der Strom I. gleich 21" und der Strom I„ gleich 2I_r. Der Strom I , der den Kollektorkrois des Transistors T₁₁ durchfliegst, ist also gleich 3Ϊ-. j während der den Kollektorkreis des Transistors T₁- durchfliessende Strom I_1n gleich 31t ist. Wenn die Ströme I_Q und ^₁O konstant und einander gleich sind, gilt wieder, dass die Basis-Emitter-Spannungen der Transistoren T₁, T~, T. , T^, T₁₁ und T₁₂ konstant und ausserdem einander gleich sind, vorausgesetzt, dass die Basis-Emitter-Oberflachen dieser Transistoren einander gleich sind. Dadurch ist die Spannung über dem Widex'stand Ii gleich der Eingangsdifferenz spannung. Die Ströme J._q und I_1n werden dadurch erhalten, dass die Anschlusspunkte 17 und 18 mit Punkten konstanten Potentials verbunden werden. Die Basis-Emitter-Spannungen der Transistoren T und T₁J, sind gleich der Spannung zwischen dem Anschlusspunkt 18 tind dem negativen Speisungsanschlusspunkt 12, wodurch die

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ΡΙΓΝ. - 28 - ii4-5

Kollektorströme dieser Transistoren einander gleich sind. Dio Ströme I_Q und I_1n sind je gleich der Summe des Kollektorstromes des Transistors T..,, bzw. T... und des Stromes, der von dem Emittor des Transistors T₁₁ bzv. T.„ her über den Abgriff des Potentiometers 19 zu dem negativen Speisungsanschlusspunkt 12 fliesst. Dui'ch Einstellung des Potentiometers I9 '-lassen sich also die Ströme I_Q und I_1n in bezug aufeinander einstellen, was eine "Offset"-Regelung ergibt, mit der die Gleichstromkomponenten der Ausgangsströme in bezug auf ihren· Pegel gegeneinander verschoben werden können. Da die Basis-Emitter-Spannungen der Transistoren T₁₁ und T-„ temperaturabhängig sind, werden sich bei einer konstanten Spannung am Anschlusspunkt 17 die Spannungen zwischen den Emittern der Transistoren T₁₁ und T₁„ und dem Abgriff des Potentiometers I9 mit der Temperatur ändern, wodurch der "Offset" temperaturabhängig wird. Dieses Problem kann dadurch behoben werden, dass die Spannung an Anschlusspunkt I7 auf einer temperaturunabhängigen Komponente und einer Komponente aufgebaut wird, die sich auf gleiche Weise wie die Basis-Emit tex^-Spannungen der Transistoren T₁₁ und T₁₂ mit der Temperatur ändert.

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PJTl". ?j8

- 29 - H-3-

In bezug auf die Verstärkung von Gleichtaktsignalon kann die Schaltung nach. Fig. 5 verbessert werden. Zu diesem Zweck wii*d bei der Schaltung nach Fig. 5 der von gestrichelten Linien umrahmte Teil durch die Teilschaltung nach Fig. 6 ersetzt. Dies entspricht dem Ersatz der Dioden T₁^ und T₁„ durch eine einizge Stromcpielle 32. Die Gleichtaktströme, die die Kollektor-Emitter-Strecken der Transistoren T₁- und T₁Q durchfliessen, werden nun nicht mehr zu den Eingangskreisen 1 und 6 der Stromspiegolanordnungen reflektiert, wodurch die Eingangsströme 1" und I^ in geringerem Masse von dem Eingangsgleichspannungspegel abhängig sind. Die Stromquelle 32 kann dabei die Summe der Ströme I₁ und I,- führen.

Fig..7 zeigt ein Anwendungsbeispiel

eines Spannungs-Strom-Umsetzers nach der Erfindung. Die Schaltung enthält die schematisch dargestellten Spannungs-Strom-Umsetzer I and II mit je den Gegentaktspannungseiiigangsanschlusspunkten 9 und 10 u:id den Gegentaktstromausgangsanschlusspunkten 2 und 6. Der Ausgangsanschlusspunkt 2 des Spannungs-Strom-Umsetzers I und der Ausgangsanschlusspunkt 6 des Spannungs-Strom-Umsetzers II sind mit einem ersten Eiiigangsaiischlusspunkt 27 einer Subtraktionsschaltung

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Π IN. 7 ΰ 3-Ί - /30 - \k-j~ W75

2 b 2 4 A 3

Ill verbunden, deren Ausgangsstrom gloiih dem Unterschied zwischen den Eingangsstx'omen Lsi. ELn zweiter Eil ι gang s an »ι hlusspunkt 28 der Sub.trak lionstü. Ii ..J.lung ] II ist mit dem Ausgangsanschlusspiink t 6 des Spannungs-Strom-Umsetzers I und dem Ausgangsanschlusi.j.unkt 2 des Spannungs-Strom-Umsetzers IΓ cibi, iden. Der Ausgangsanschlusspunkt 29 der Sub t rak t iom.sclKi.l lung III ist über einen Verstärker" IV mit dem Eingangsaiischlusspunkt 9 des Spaiinungs-Strom-Umsetzers IJ! verbunden.

Wie in Fig. 7 dai'gestelLt ist, wix'd eine Spannung V. dem Eingangsanschlusspuuki 9 des Spannüngs-Strom-Umset'/ers I zugeführt. Den Eingangsanschlusspunkten 10 der beiden Spamnmgs-Sitom-Umsetzer wird eine Re f'erenz.spannung V ,. zugeführt. Dj t-Spannung am Eingangsansclilusspunkt ⁽> des Spaiinungs-Strom-Umsetzers II. ist V ... Der Ausganges troin am

ux t ^l *

Ausgangsan.^£5chlusspunkt 2 dos Spannung:*-Stt o.ii-Unisetzex'^ I ist i , wodurch der Ausgangsstrom am Ausgangwanschlusspunkt 6 des Spaimungs-Strora-Uiiiöetzers I gleich -I₁ Ist. An den Ausgangsanschlusspunkten 2 und 6 des Spaiinungs-Stroni-Umsetζers II flier.sen die Ströme ±₂ bzw. -Ip· Der Ausgangsstrom der Subtraktionsschaltung III ist dann dem Unterschied zwischen den Strömen i.. und ip proportional. Dieser Differenzstrom vix-d über

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PKN. 7!^¹I

- 31 - 1J₁-.-)-ι :m

don Verstärker !IV ruif den Eingangsansclilussputikt 9 des Spininnngs-S ; roin-Uinsetzers II riickgekopiiel I. Infolge dieser Rückkopplung wird der Strom l_r. gleich dom Strom I₁ sein. Wenn der Widerstand des Spamiungs-Strom-Umsetzers 1 gleich R₁ und der ¥idorstand des Spannurigs — Sirora-Uinsclzers II gleich R„ ist gilt:

. , - V _ = ~ (V. - V _). uit rei R₁ xii rel

Auf diese Weise ist' ein Verstärker enthalten, dessen \^rerstärkungsf aktor durcli das Verhältnis der beiden Widerstände R„ und R₁ bestimmt wird.

Venn ein Spamiungs—Strom—Umsotzer in

z.B. Messvorstärkern vorweiidet wird, ist es erwünscht, dass z.B. zum Wählen eines geeigneten Messbereiches der Umsetzungsfakfor gewählt werden kann. Pa der Umsetzungsfakfor durch den Wert des Widerstandes R bestimmt wird, könnte dies z.B. dadurch erfolgen, dass jeweils ein anderer Widerstand zwischen den Klemmen 3 und 7 eingeschaltot wird. Dabei ergibt sich jedoch, der Nachteil, dass die Schalter dann in den Sigtialweg aufgenommen sind und den Uinsetzungsfaktor niitbeeinflussen. Fig. 8 zeigt eine Lösung, bei der dieses Problem nicht auftritt.

Die verschiedenen Teile der Schaltung

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ΓΙ1Ν. 753'l· - 32 - \k-j-

nach Fig. 8 sind mit den gleichen Bezugszeichen wie die entsprochenden Teile der Schaltungen nach den anderen Figuren versehen. Zwischen dem Eingangsanschlusspunkt 1 der Stromspiegelanordnung T₁, T„, T„ und dem Ausgang des Stromspiegels T₁- , T./, T.„ ist ein Schalter angeordnet, der durch einen pnp-Transistor T.ο mit Steuerelektrode 51 gebildet wird. Ebenso ist zwischen dem Eingangsanschlusspunkt 5 der Stromspiegelanordnung Tl, ,Tj., T^ und dem Ausgangsanschlusspunkt der Stromspiegelanordnung T₁Oj T_1Q, T„_n ein Schalter angeordnet, der durch einen pnp-Transistor T^₁ mit Steuerelektrode 62 gebildet wird. Dem Spannungs-Strom-Umsetzer ist ein zweites Paar von Stromspiegelanordnungen Ti₁, T.-, T.„ bzw. Tj_, T.^, Ti~ zugeordnet, wobei die gemeinsamen Anschlusspunkte dieser Stromspiegelanordnungen mit den gemeinsamen Anschlusspunkten der Stromspiegelanordnungen T₁, T„, T- bzw. T., T , T^ verbunden·sind. Die Ausgangsanschlusspunkte sind mit den Gegentaktausgangsanschlusspunkten 2 bzw. 6 und die zweiten Eingangsanschlusspunkte hj bzw. kj sind miteinander über einen Widerstand R₁ verbunden. Der erste Eingangsanschlusspunkt hl der Stromspiegelanordnung Ti₁, T,„, Ti ist über einen durch einen pnp-Transistor T._Q mit Steuer-

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PIIN. 7^r>3'* - 33 - -14-5-1975

elektrode 52 gebildeten Schalter mit dem Ausgang der Stromspiegelanordnung Τ.., T₁ •-, T₁- verbunden, während ebenso der erste Eingangsanschlusspunkt k$ der Stromspiegelanordnung Tr_r, ^urt T.₇ über einen durch einen pnp-Transistor T__o mit Steuerelektrode 61 gebildeten Schalter mit dem Ausgang der Stromspiegelanordnung ^18» ^19' ^2O ^verk^unden ist. Für die Eingangs transistoren T_Q und T₁ sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel Feldeffekttransistoren gewählt.

Überschreitet die Spannung an der

Steuerelektrode 52 in genügendem Masse die Spannung an der Steuerelektrode 51 und überschreitet ebenso die Spannung an der Steuerelektrode 61 in genügendem Masse die Spannung an der Steuerelektrode 62, so werden sich die Transistoren T. ο und T-.. im leitenden Zustand und die Transistoren T^_q und T-, im nichtleitenden Zustand befinden. Umgekehrt können mittels der Steuerspannungen an den Steuerelektroden 51» 52, 61 und 62 die Transistoren T· und Τ__π in den leitenden Zustand gebracht werden, während die Transistoren T^g und T^₁ in den nichtleitenden Zustand gebracht werden. Im ersten Falle werden die Stromspiegelanordnungen T₁, T₂, T und T., T_r, T^ erregt sein, während im zweiten Falle die Stromspiegelanordnungen T^₁, ^hpt

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ι 5„^„,ο75

T. und Tr., T. ^, Τ,_ erregt sein werden, wodurch der Spannungs-Strom-Umsetzuiigsfaktor im ersten Falle durch den Widerstand R und im zweiten Falle durch den Widerstand R und im zweiten Falle durch den Widerstand R₁ bestimmt wird.

Wie bereits erwähnt wurde, iliessen die Signalströrae, abgesehen von Basisströmen, lediglich durch die Hauptstronibalmeh der Transistoren T„ , T, „,

T, _t und T₁. und durch die Widerstände R und R., . Die 45 5 ι

Schalttransistoren T. o> Ti_Q, Τ_ςη und T^₁ beeinflussen also den Umsetzungsfaktor nicht.

Der Spannungs-StxOm-UmsetzGr kann auf entsprechende Weise mit mehreren Paaren von Stromspiegelanordnungen mit je einem eigenen Umsetzungsfaktor erweitert werden. Ausserdem kann die an Hand der Fig. 8 veranschaulichte Massiiahme bei allen Ausführungsformen eines Spannungs-Strom-Umsetzers nach der Erfindung, wie sie z.B. in den Figuren 2, h, i5 und 6 dargestellt sind, angewendet werden.

Tn dem Ausführungsbeispiel nach Fig. wird mit pnp-Transistoren geschaltet, was in integrierten Schaltungen weniger attraktiv ist. Um mit npn-Transistoren schalten zu können, kann der innerhalb der gestrichelten Linien dargestellte Teil der

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um. 753'! - 35 - 15-^-1973

Schaltung nach Fig. 8 durch den in Fig. 9 dargestellten Teil ersetzt werden.

Die Schaltung nach Fig. 9 enthält die

Stronispiegelanordnungen T₁ ^, T-,ft T₁₇ und 1\o, T-iq» T . Die Schalttransistoren T.q und T , die nun vom npn-Typ sind, sind zwischen den Emittern dex* Transistoren T₁₇ bzw. T₂ und den Kollektoren der Transistoren T₁,- bzw. T₁Q angeordnet. Die Kollektoren der Transistoren T · und T„„ sind mit den Eingangsanschlusspunkten 1 bzw. 5 der Stroiiispiegelanordnungen T , T₂, T bzw. T., T_r, T^ verbunden. Die Basis-Elektroden der Transistoren T₁₇ und T sind mit den Basis-Elektroden von Transistoren Ti . bzw. Tj,nni die beide vom pnp-Typ sind, verbunden. Die Kollektoren der Transistoren Ti und T.„ sind mit den Eingangsan Schlusspunkt en '(1 bzw. 4 5 der Stronispiegelanordnungen Tj_n, T₂₄₂, T₁₁₃ bzw. T₁₁₅, T_/+6, T^₇ verbunden. Die Emitter der Transistoren Tj₁₇ und Tj_? sind über die Hauptstrombahnen von npn-Schalttransistoren Tr„

bzw. T mit den Kollektoren der Transistoren T₁^ 50 1 ο

bzw. T₁Q verbunden.

Venn die Transistoren T._Q und T„. im

Ho 5'

leitenden Zustand und die Transistoren T._Q und T_„ im nichtleitenden Zustand befindlich sind, bilden die

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PJIIi. 7381* - 36 - 15-5- ·975

Transistoren T_1r, T₁^- und T₁- bzw. die Transistoren 15 Io Iy

T₁Oi T_1Q und T_?n Stromspiegelanordiumgen und sind die Stromspiegelanordnungen T₁, T_, T„ bzw. T., T-* T^ erregt. Wenn dagegen die Transistoren ^-Uq

leitend und die Transistoren Ti q und Τ_ς1 niclitleitend sind, bilden die Transistoren T₁-, Τ.,- und T. .._ bzw. die Transistoren T₁Q, T_1Q und T._ Stromspiegelanordiiujigen und sind die Stromspiegelanordnungen ^T2i 1 ' T^₂, T₁₊₃ bzw. T₁^, T₂^₆, T₁^ -erregt. Auf diese Weise ist wieder ein umschaltbarer Unisetzungsfaktor erzielbar. Auch, in diesem Falle ist eine.Erweiterung mit mehreren Paaren von Stromspiegelanordmmgen möglich. Die Massnahme nach Fig. 9 kann bei verschiedenen Ausführungsformen eines Spannungs-Stromümsetzers, z.B. bei den Ausführungsformen nach den Figuren 5 und 6, angewendet werden.

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Claims

N. 7534 - '37 - 15-5-1975

PATENTANSPRÜCHE;

1. Spannungs-Strom-Umsetzer mit einem

Gegentaktspannungseingang und einem Gegentaktstromausgang, dadurch gekennzeichnet, dass der Umsetzer eine erste und eine zweite Stromspiegelanordnung enthält, wobei in jeder der beiden Stromspiegelanordnungen in einer ersten Strombahn, die zwischen einem ersten Eingangsanschlusspunkt (t,5) und einem gemein-, samen Anschlusspunkt (4,8) gebildet wird, wenigstens die Kollektor-Emitter-Strecke eines ersten Transistors (T₁₁Tr) angeordnet ist, wobei der Emitter dieses ersten Transistors (T₁,Tr) mit dem gemeinsamen Anschlusspunkt (h,8) verbunden ist, während in einer zweiten Strombahn, die zwischen einem Ausgangsanschlusspunkt (2,6) und dem gemeinsamen Anschlusspunkt (4,8) gebildet wird, wenigstens die Reihenschaltung der Kollektor-Emitter-Strecke eines zweiten Transistors (Τ₂,Τ_) und eines Halbleitorübergangs (Τ-,Τ^) angeordnet ist, wobei der Halbleiterübergang (Τ-,Τ^) den Basis-Emitter-Übergang des ersten Transistors (T.,Tr) überbrückt, wobei die Basis dieses ersten Transistors (T₁,T. mit einem zweiten Exngangsanschlusspunkt (3t7) verbunden ist, während veiter vorgesehen sind: eine erste (13) und eine zweite (i4) Stromquellenschaltung, deren Ausgänge

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ΓΙΤΝ. 75 B ·Ί -.38 - 15-3-

rait den ersten Eingangsanschlusspunkten (1,5) der ersten bzw. der zweiten Stromspiegelanordnung verbunden sind j-eine Impedanz, die zwischen den zweiten Eingangsanschlusspunkten (3_f7) der ersten und der zweiten Stromspiegelanordnung angebracht ist, und ein erster (T₁) und ein zweiter (To) Eingangstransistor, deren Emitter mit den gemeinsamen Anschlusspunkten {h_t 8) der ersten bzw. der zweiten Stromspiegel anordnung verbunden sind, wobei der Gegentäktspannungseingang (9,1θ) durch die Basis-Elektroden der beiden Eingangstransistoren (T₇,Tg) gebildet wird, während der Gegentaktstromausgang durch die Ausgangsanschlusspunkte (2,6) der beiden Stromspiegelanordnungen gebildet wird (Fig. 2).

2. Spannungs-Strom-Umsetzer· nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste (T-") und der zweite (Tq) Eingangstransistor von einem dem der Transistoren (T₁, T_?, T., T₁,) der Stromspiegelanordnungen entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp und gegensinnig in Reihe mit diesen Transistoren geschaltet sind (Fig. 2).

3. ■ Spannungs-Strom-Umsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kollektoren des ersten (T₁) und des zweiten (T_1n) Eingangstransistors

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- /39 - 15-3-1975

mit den zweiten Finfangsanschlusspunkten (3) dor ersten bzw. weiten Stromspiegelanordnung verbunden sind; dass der erste (t_q) und der zweite (T₁₀) Eingangs transistor von einem dem der Transistoren (T₁, T„,T.,T ) der Stromspiegelanordnungen gleichen Leitfähigkeitstyp sind, und dass in den Emitterleitungen des ersten (T„) und des zweiten (T₁₀) Eingangstransistoven eine dritte (15) bzw. eine vierte (16) StroniqtK'lIenschaltuiig angeordnet sind (Fig. h). k. Spannungs-Strom-Umsetzer nach Anspruch

1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (T₁ ,T₁^, T₁₇) und die zweite (T₁OjT₁Q₅Tp₀) Stromquellenschaltung eine dritte bzw. eine vierte Stromspiegelanordnung enthalten, die aus Transistoren (T_1r,T₁~,T₁„,T„ ) von einem dem der Transistoren der ersten und der zweiten Stroini;piege] anordmmg entgegengesetzten Leit fähigkeitstyp aufgebaut sind, wobei in jeder der beiden Stromspiegcl anordnungen in einer ersten Strombahn, die zwischen einem ersten Eingangsanschlusspunkt (^0,50) und einem gemeinsamen Anschlusspunkt (11) gebildet wird, woriigsten.s die Kollektor-Emitter-Strecke eines ersten Transistors (T _,T „) angeordnet ist, wobei dor Emitter dieses ersten Transistors (τ „,T.J mit dem gemeinsamen Anschlusspunkt (h) verbunden ist,

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PKN. 7^84 -40 - 15-5-1975

während in einer zweiten Strombahn, die zwischen einem Ausgangsanschlusspunkt (1,5) ^und dem gemeinsamen Ahschlusspunkt (11) gebildet wird, wenigstens die Reihenschaltung der Kollektor-Emitter-Strecke eines zweiten Transistors (^T-j₇>T_2f)) und eines Halbleiterübergangs (T₁Z-JT₁,-) angeordnet ist, wobei der Kollektor dieses zweiten Transistors (T₁₇,T__o) mit dem Ausgangsanschlusspunkt ( 1,5) verbunden ist, wobei, der Halbleiterübergang (T₁ ^,T.. ) den Basis-Emitter-Übergang des ersten Transistors (T₁ ^,T₁ r>) überbrückt, wobei die Basis des ersten Transistors (T_h„,T_<o) mit einem zweiten Eingangsanschlusspunkt verbunden ist, wobei der erste Eingangsanschlusspunkt (4o,5O) der dritten und der vierten Stromspiegelanordnung mit dem Kollektor des ersten (T_q) bzw. des zweiten (T_1n) Eingangstransistors verbunden ist, die den gleichen Leitfähigkeitstyp wie die Transistoren der ersten und der zweiten Stromspiegelanordnung aufweisen; dass dor Ausgangsanschlusspunkt (1,5) der dritten und der vierten Stromspiegelanordnung mit dem ersten Eingangsanschlusspunkt (1,5) der ersten bzw. der zweiten Stromspiegelanordnung verbunden ist, und dass eine dritte (T_{1 1} , T₁ ) und eine vierte (^T ₁₂»^TiZ|) Stromquellenschaltung vorgesehen sind, die mit dem gemein-

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Pm*, 753*1 - -hi - 15-5-1975

samen Anachlusspunkt (ft,8) der ersten bzw. der zweiten Stromspiegelanordnung verbunden sind (Fig. 5)· 5. ■ Spannungs-Strom-Umsetzer nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Eingangsanschlusspunkte der dritten und der vierten Stromspiegelanordnung miteinander verbunden sind; dass die dritte Stromquellenschaltung (T₁₁₁T₁-) die Reihenschaltung der Kollektor-Emitter-Stre'Gken eines dritten (T₁-) und eines vierten (T₁₁) Transistors enlthält; dass die vierte Stromquellenschaltung (T₁OtT₁J.) die Reihenschaltung der Kollektor-Emitter-Strecken eines fünften (T₁ κ) und eines sechsten (T₁₂) Transistors enthält, wobei die Emitter des dritten (T..„) und des fünften (T₁^) Transistors mit einem ersten Punkt (12) fester Spannung, die Basis-Elektroden mit einem zweiten Punkt (18) fester Spannung und die Kollektoren mit den Emittern des vierten (·Τ-.. ) bzw. des sechsten (T₁₂) Transistors verbunden sind, wobei die Basis·? Elektroden des vierten (T₁₁)^und des sechsten (T₁^) Transistors mit einem dritten Punkt (17) fester Spannung und die Kollektoren mit den gemeinsamen Anschlusspunkten (k,8) der ersten bzw. der zweiten Stromspiegelanordnung verbunden sind, und dass zwischen den Emittern des vierten (T₁₁) und des

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PHN. 7584 - hz - 16-5-1375

sechsten (T₁₂) Transistors ein Potentiometer (19) angeordnet ist, dessen Abgriff mit einem vierten Punkt fester.Spannung verbunden ist.(Fig. 5)· 6. Spannungs-Strom-Umsetzer nach Anspruch

1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (13) und die zweite (lh) Stromquellenschaltung dadurch gebildet werden, dass eine fünfte Stromquellenschaltung (32) mit den Basis-Elektroden eines- siebenten '(T₁ _) und eines achten (τ.η) Transistors verbunden ist, die einen-dem der Transistoren (T₁ ,T₂₁T-JT₁,) der ersten und der zweiten Stromspiegelanordnung entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp aufweisen, wobei die Emitter des siebenten (Τ--) und des achten (T₁g) Transistors miteinander und die Kollektoren mit den Basis-Elektroden eines neunten (T₁₇) bzw.. eines zehnten (t„„) Transistors verbunden sind, die den gleichen Leitfähigkeitstyp wie der siebente (T₁,,) und der achte (T₁O) Transistor aufweisen und deren Emitter mit den Basis-Elektroden des siebenten (T₁-) und des achten (τ«g) Transistors und deren Kollektoren mit den ersten Eingangsansbhlusspunkten (1,5) der ersten bzw. der zweiten Stromspiegelanordnung verbunden sind; dass der erste (τ_ und der zweite (T_1n) Eingangstransistor den gleichen Leitfähigkeitstyp wie die Transistoren der ersten und

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pirn.

der zweiten Stromspiegelanordnung aufweisen, während die Kollektoren des ersten- (T_q) und des zweiten (^T ₁₀) Eingangstransistoren mit den Kollektoren des siebenten (τ ) bzw. des achten (T₁O) Transistors verbunden sind, und dass die gemeinsamen Anschlusspunkte (4,8) der ersten und der zweiten Stj'omspiegelanordnung mit einer sechsten (T₁ , T.. ) bzw. einer siebenten (l' . , T ) Stromquellenschaltung.verbunden sind (Fig. 6 und

7. Spannungs-Strom-Umsetzer nach einem der

vorhergehenden Ansprüche, bei dem die erste und die zweite St roin spiegelanordnung ein erstes Paar bilden, dadurch gekonnzeichnet, dass der Spannungs-Strom-Umsetzer mindestens ein zweites Paar (T.^,T₁ ,T._,T.^, T) „) von Stromspiegelanordnungen enthält, das ebenfalls durch eine erste und eine zweite Stromspiegelanordnung gebildet wird, die den gleichen Aufbau wie die StiOinspiegelaiiordnungen des ersten Paares aufweisen, wobei die gemeinsamen Anschlusspunkte der ersten Stroinspiegelanordiiungen des ersten und des zweiten Paares, gleich wie die gemeinsamen Anschlusspunkte der zweiten Stronispiegelanordriungen des ersten und des zweiten Paares, miteinander verbunden sind; dass die zweiten Eingangsanschlusspunkte (H3,k7) der

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- hk - .16-5-1975

ersten und der zweiten Stromspiegelanordnung des zweiten Paares (T^₁,T₄₂,T₄₃,T₄₅,T_/+6,T₄₇) ebenfalls über eine Impedanz (R₁) miteinander verbunden sind, und dass weiter die ersten Eingangsanschlusspunkte (k^_tk5) der ersten und der zweiten Stromspiegelanordnung des zweiten Paares (T₄₁ ,T₄₂ ,T₂₊₃ ,T₄₅ ,Τ^',Τ^ ) ebenfalls mit Ausgängen von Stromquellensclialtungen (T₁₅₁T₁₆JT₁₇₁T₁₈₁T₁₉₁T₂₀) verbunden sind (Fig. 8).

8. Spannungs-Strom-Umsetzer nach Anspruch 71 dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Eingangsanschlusspunkte (i,4i) aller ersten Stromspiegelanordnungen je für sich über S ehalt einheit en (TkojTi ') mit dem Ausgang der ersten Stromquellenschaltung (T₁ (.,T₁ ,-,T₁ „) verbunden sind, und dass die ersten Eingangsanschlusspunkte (5,^5) aller zweiten Stromspiege!anordnungen je für sich über Sehalteinheiten (Tkq,!,..) mit dem Ausgang der zweiten Stromquellenschaltung (T₁Q)T₁ ,T„) verbunden sind (Fig. 8).

9. Spannungs-Strom-Umsetzer nach Anspruch k oder 5j bei dem die erste und die zweite Stromspiegelanordnung ein erstes Paar bilden, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungs-Strom-Umsetzer mindestens ein zweites Paar (T^₁,T^₂,T^₃,T^₅,T^₆,T^₇) von Stromspiegelanordnungen enthält, das ebenfalls

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PHw. 7

durch eine erste und eine zweite Stromspiege!anordnung gebildet wird, die den gleichen Aufbau wie die Stromspiegelanordnungen des ersten Paares (T₁,T„,T ,T. ,T_r, TV ) aufweisen, wobei die gemeinsamen·Anschlusspunlite der ersten Stromspiegelanordnungen des ersten (T₁,T„, T,, ,Tt ,Τ_ς,Τ^) und des zweiten (T. ₁ ,T, _p ,Ti ο,Τ, _c ,T. ^ ,T. ₇ ) gleich wie die gemeinsamen Anschlussptmkte der zweiten Stromspiegelanordnungen des ersten und dos zweiten Paares, miteinander verbunden sind; dass die zweiten Eingangsanschlusspunkte (^3,^+7) der ersten und der zweiten Stromspiegelanordnung des zweiten Paares ebenfalls über eine Impedanz (R₁) miteinander verbanden sind; dass die Basis-Elektrode des zweiten Transistors (T₁₇) der dritten Stromspiegelanordnung mit der Basis eines elften Transistors (τ.₁₇) vom gleichen. Leltfähigkeltstyp wie der zweite Transistor (T₁ ) der dritten Stromspiegelanordnung verbunden ist, wobei der Kollektor dieses elften Transistors (Tl₁₇) mit dem ersten Eingangsanschlusspunkt (41) der ersten Stromspiegclanordnung (Τ. ₁ ,T. ₂»^Τ/ιτ) ^{des zwe}i*^en Paares verbunden ist, wobei Sehalteinheiten (Tjo>T._q) den Fmitter des zweiten Transistors (T₁₇) der dritten Stromspiegelanordnung und den Emitter des elften Transistors (T^₁₇) je für sich mit dem zweiten Eingangsanschlusspunkt

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PlT^-N. ',5Sh 1:6 - 16-5-1975

der dritten Stroraspicgelanordnung verbinden, und dass weiter die Basis des zweiten Transistors (t„q) dex" vierton Stromspiegelanordnung mit der Basis eines zwölften Transistors (Ti „..) vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie der zweite Transistor (Τ_ο_) der vierten Stromspiegelanordnung verbunden ist, wobei der Kollektor dieses zwölften Transistors ('Γ, ) mit dem ersten Eingangsanschlusspunkt (45) der zweiten Stromspiegelanordnung (Τι„,Τ.^,Τ/ ) des zweiten Paares verbunden ist, wobei Schalteinheiten (T-„,T_^) den Emitter des

^λ 50 5'

zweiten Transistors (Τ_ ) der vierten Stromspiegelanordnung und den Emitter des zwölften Transistors (Tn„ ) je für sich mit dem zweiten Eingaiigsanschlusspunkt der vierten Stromspiegelanordnung verbinden (Fig. 9 und 8).

10. Spannungs-Strom-Umsetzer nach Anspruch

6, bei dem die erste und die zweite Stromspiegelanordnung ein erstes Paar bilden, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungs-Strom-Umsetzer mindestens ein zweites Paar (τ. .. ,T. ₂>^Tl ,o >^Ti ,r >^T2 iß >^τ/. η ) ^von Stromfiρioge 1 anordnungen enthält, das ebenfalls durch eine erste und eine zweite Stromspiegelanordnung gebildet wird, die den gleichen Aufbau wie die S bronispiegel anordnungen des ersten Paares (T₁,T ,T„,T.,Τ_,T^) auf-

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PHIl. 758*4

- ii? - 1 <-5-1975

Ameisen, wobei die gemeinsamen Anschlusspunkte der 'ersten Stromspiegelanordnungen (^_1}T₂,Τ^,Τ.₁,T. ,T.„) des ersten und des zweiten Paares, gleich wie die gemeinsamen Anschlusspunkte der zweiten Stromspiegelanordnungen -(Tjl ,T„ ,Ts,T} _ ,T. /,T. _) des ersten und des zweiten Paares, miteinander verbunden sind; dass die zweiten Eingangsanschlusspunkte (^3,^7) der ersten und der zweiten Stromspiegelanordnung des zweiten Paares (τ,.,Τ,,Τ.,Τ.,Τ,^,Ύ,), ebenfalls über eine Impedanz (R₁), miteinander verbunden sind; dass die Basis des neunten Transistors (T₁₇) mit der Basis eiiies dreizehnten Transistors (Ti₁₇) vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie der neunte Transistor verbunden ist, wobei der Kollektor des dreizehnten Transistors (Τ.₁₇) mit dem ersten Eingangsanschlusspunkt (41 ) der ersten Stromspiegelanordnung des zweiten Paares verbunden ist, wobei Sehalteinheiten (T^0,T._Q) den Emitter des neunten Transistors (T₁₇) und den Emitter dos dreizehnten Transistors (Tr₁₇) je für sich- mit der Basis des siebenten Transistors (T₁^) verbinden, und dass weiter die Basis des zehnten Transistors (T„ ) mit der Basis eines vierzehnten Transistors (Ti „_) vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie der zehnte Transistor.. (T₀) verbunden ist, wobei der Kollektor des

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vierzehnten Transistors (T^p_n) mit dem ersten Eingangsanschlusspunkt (^5) der zweiten Stroinspiegelanordnung des zweiten Paares verbunden ist, wobei Schalteinheiten (τ__ο,Τ ., ) den Emitter des zehnten Transistors (T_?n) und den Emitter des vierzehnten Transistors (τ^ρη) J^e ^^{ηΓ s}i^{cn m}it der Basis des achten Transistors (T₁_) verbinden (Fig. 6, 8 und 9)

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