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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Stromrückkopplungs-Operationsverstärker mit
einer Eingangsschaltfunktion. Der erfindungsgemäße Operationsverstärker ist
ideal für
Verstärkungsvorrichtungen
mit Eingangsschaltung, Verstärkungseinrichtungen
mit variablem Verstärkungsfaktor
und andere Verstärkungsvorrichtungen.
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2. Beschreibung des Stands
der Technik
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Vorrichtungen,
die eine Verstärkung
durch Selektieren eines von mehreren Signalen durchführen, sind
herkömmlicherweise
durch Kombinieren von Schaltern zum Selektieren des Signalwegs mit Verstärkern zum
Verstärken
der Signale aufgebaut (siehe beispielsweise JP (Kokai) 5[1993]-276,045 (Seite
4, 1).
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Bei
den oben genannten Vorrichtungstypen wird ein Reed-Relais oder ein
anderer mechanischer Schalter verwendet, um Signale mit einem großen Bandbereich
umzuschalten, wobei die Verzerrung kontrolliert wird. Beispielsweise
weisen Halbleiter-Prüfeinrichtungen,
die zum Prüfen
von ICs verwendet werden, mehrere mechanische Schalter und Operationsverstärker zum
Messen mehrerer Signale auf, die von einem IC mit wenigen Mess-Ressourcen ausgegeben
werden. Die Anzahl von Pins in einem zu prüfenden IC oder einer Vorrichtung
steigt jedes Jahr an, und das Band von von einem IC ausgegebenen
Signalen wird jedes Jahr größer. Daher
müssen Halbleiter-Prüfeinrichtungen
immer mehr mechanische Schalter und Operationsverstärker aufweisen. Mechanische
Schalter haben jedoch einen großen Stromverbrauch
und weisen einen größeren Montageflächenbereich
auf als andere Einzelkomponenten und ICs (integrierte Schaltungen).
Halbleiter-Prüfeinrichtungen
haben eine begrenzte Gehäusegröße und elektrische
Leistung; daher können
sie diese zahlreichen mechanischen Schalter und Operationsverstärker nicht
aufnehmen. Ferner werden Halbleiter-Prüfgeräte zur Messung von von einem
IC ausgegebenen Signalen, bei der keine Verzerrung auftritt, benötigt, und
daher können
keine Halbleiter-Schalter zum Umschalten von Signalen verwenden
werden.
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Somit
liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Stromrückkopplungs-Operationsverstärker mit
einer Funktion zum Verstärken durch
Selektieren eines Signals aus mehreren Eingangssignalen bereitzustellen.
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ZUSAMMENFASSENDER ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Stromrückkopplungs-Operationsverstärker mit
mehreren Eingangsteilen und einem Ausgangsteil, der dadurch gekennzeichnet
ist, dass jeder der mehreren Eingangsteile einen ersten Eingangsanschluss,
einen zweiten Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss aufweist,
dass die von dem ersten Eingangsanschluss eingegebenen Signale von
einem Pufferverstärker
verstärkt
und an den zweiten Eingangsanschluss ausgegeben werden und dass Strom
in einer Menge dem Ausgangsanschluss zugeführt wird, die dem Strom entspricht,
welcher zu dem zweiten Eingangsanschluss fließt, wobei der Ausgangsteil
einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss aufweist, durch
Addieren des Stroms von Signalen von sämtlichen Eingangsteilen erhaltene
Signale dem Eingangsanschluss zugeführt werden und die dem Eingangsanschluss
zugeführten Signale
in Spannungssignale konvertiert, verstärkt und dem Ausgangsanschluss
zugeführt
werden; und wobei in Reaktion auf die ersten externen Signale einer
der oben genannten Eingangsteile wirksam geschaltet wird und die
anderen Eingangsteile unwirksam geschaltet werden; wobei die Impedanz
des ersten Eingangsanschlusses, des zweiten Eingangsanschlusses
und des Ausgangsanschlusses der oben genannten unwirksam geschalteten
Eingangsteile hochohmig wird und der Ausgangsstrom von dem Ausgangsanschluss
auf Null geht und nur die dem oben genannten wirksam geschalteten
Eingangsteil zugeführten
Signale dadurch verstärkt
werden.
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Der
erfindungsgemäße Stromrückkopplungs-Operationsverstärker ist
ferner dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche oben genannten Eingangsteile
sowie der oben genannte Ausgangsteil in Reaktion auf zweite externe
Signale unwirksam geschaltet werden; wobei dies dazu führt, dass
die Impedanz des ersten Eingangsanschlusses und des zweiten Eingangsanschlusses
der oben genannten unwirksam geschalteten Eingangsteile hochohmig wird
und der Ausgangsstrom von dem oben genannten Ausgangsanschluss auf
Null geht; und wobei die Impedanz des Ausgangsanschlusses des oben
genannten Ausgangteils hochohmig wird.
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Der
Stromrückkopplungs-Operationsverstärker ist
ferner dadurch gekennzeichnet, dass jeder der oben genannten Eingangsteile
Strom in einer Menge an den oben genannten Ausgangsanschluss liefert, die
der Menge an zu dem oben genannten zweiten Eingangsanschluss fließendem Strom
gleich ist.
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Der
Stromrückkopplungs-Operationsverstärker ist
ferner dadurch gekennzeichnet, dass jeder der oben genannten Eingangsteile
einen Spannungspuffer aufweist, bei dem der oben genannte erste
Eingangsanschluss der Eingangsanschluss ist und der oben genannte
zweite Eingangsanschluss der Ausgangsanschluss ist, und dass eine
Stromspiegelschaltung mit dem Spannungspuffer verbunden ist.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Signalumschalt-Verstärkungsvorrichtung,
die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie den oben beschriebenen
Stromrückkopplungs-Operationsverstärker aufweist.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Verstärkungsvorrichtung mit variablem
Verstärkungsfaktor,
die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie den oben beschriebenen
Stromrückkopplungs-Operationsverstärker aufweist.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Verstärkungsvorrichtung mit variablem
Band, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie den oben beschriebenen
Stromrückkopplungs-Operationsverstärker aufweist.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
eine Signalumschalt-Verstärkungsvorrichtung 10 gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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2 zeigt
ein Blockschaltbild eines Operationsverstärkers 100.
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3 zeigt
eine schematische Darstellung einer Verstärkungsvorrichtung mit variablem
Verstärkungsfaktor 20 gemäß der zweiten
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
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4 zeigt
eine schematische Darstellung einer Verstärkungsvorrichtung mit variablem
Band 30 gemäß der dritten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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5 zeigt
eine schematische Darstellung einer Signalumschalt-Verstärkungsvorrichtung 40 gemäß der vierten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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6 zeigt
eine schematische Darstellung den internen Schaltung des Operationsverstärkers 100.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Die
erfindungsgemäße Verstärkungsvorrichtung
weist eine Funktion zum Umschalten von Eingangssignalen auf, für die keine
mechanischen Schalter er forderlich sind; dies führt zu einer Reduzierung von
Energieverbrauch, Montageflächenbereich
und Kosten. Ferner ist diese Verstärkungsvorrichtung in der Lage,
praktisch die gleiche verzerrungsfreie Verstärkung von Breitbandsignalen
durchzuführen,
wie es beim Stand der Technik möglich
ist.
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Die
vorliegende Erfindung wird nun anhand der in den beiliegenden Zeichnungen
gezeigten Ausführungsformen
näher beschrieben.
Die erste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist eine Signalumschalt-Verstärkungsvorrichtung,
und ein Blockschaltbild dieser Verstärkungsvorrichtung ist in 1 gezeigt.
Eine Signalumschalt-Verstärkungsvorrichtung 10 weist
einen Operationsverstärker 100 auf.
Der Operationsverstärker 100 weist
einen Eingangsteil 110, einen Eingangsteil 120,
einen Selektor 130 und einen Ausgangsteil 140 auf.
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Der
Eingangsteil 110 weist einen nicht invertierten Eingangsanschluss
IN1+, einen invertierten Eingangsanschluss IN1- und einen Ausgangsanschluss
OUT1 auf. Der interne Block des Eingangsanschlusses 110 ist
in 2 gezeigt. Der Eingangsteil 110 aus 2 weist
einen Puffer B1 zwischen dem nicht invertierten Eingangsanschluss
IN1+ und dem invertierten Eingangsanschluss IN1- auf. Der Puffer
B1 ist ein Spannungspuffer. Daher werden von dem nicht invertierten
Anschluss IN1+ gelieferte Spannungssignale in diesem Puffer auf
denselben Verstärkungswert
verstärkt
und an den invertierten Eingangsanschluss IN1- ausgegeben. Das in
dem Puffer erfolgende Verstärken
wird auch als Puffern bezeichnet. Ferner liefert der Eingangsteil 110 Strom in
der gleichen Menge am Ausgangsanschluss OUT1 wie zu dem invertierten
Eingangsanschluss IN1- fließt.
Gemäß 1 wird
der Eingangsteil 110 in Reaktion auf von außen eingegebene
Signale aktiviert (wirksam) oder deaktiviert (unwirksam). Die Eingangsimpedanz
des invertierten Eingangsanschlusses IN1- des aktivierten Eingangsteils 110 ist
niederohmig, und die Eingangsimpedanz des nicht invertierten Eingangsanschlusses
IN1+ und die Ausgangsimpedanz des Ausgangsanschlusses OUT1 sind
hochohmig. Ferner geht der von dem Ausgangsanschluss OUT1 des deaktivierten
Eingangsteils 110 gelieferte Strom auf Null. Die Ausgangsimpedanzen
des nicht invertierten Eingangsan schlusses IN1+ und des invertierten
Eingangsanschlusses IN1- sowie des Ausgangsanschlusses OUT1 sind
zu diesem Zeitpunkt alle hochohmig. Das Austreten unerwünschter
Signale aus dem invertierten Eingangsanschluss IN1- wird zu diesem
Zeitpunkt verhindert.
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Der
Eingangsteil 120 weist einen nicht invertierten Eingangsanschluss
IN2+, einen invertierten Eingangsanschluss IN2- und einen Ausgangsanschluss
OUT2 auf. Der Eingangsanschluss 120 weist die gleiche Innenstruktur
auf wie der in 2 gezeigte Eingangsteil 110.
Das heißt,
dass der Eingangsteil 120 einen Puffer B2 zwischen dem
nicht invertierten Eingangsanschluss IN2+ und dem invertierten Eingangsanschluss
IN2- aufweist. Der Puffer B2 ist ein Spannungspuffer. Daher werden
von dem nicht invertierten Anschluss IN2+ gelieferte Spannungssignale in
diesem Puffer auf denselben Verstärkungswert verstärkt und
an den invertierten Eingangsanschluss IN2- ausgegeben. Ferner liefert
der Eingangsteil 120 Strom in der gleichen Menge am Ausgangsanschluss OUT2
wie zu dem invertierten Eingangsanschluss IN2- fließt. Der
Eingangsteil 120 wird in Reaktion auf von außen eingegebene
Signale aktiviert (wirksam) oder deaktiviert (unwirksam). Die Eingangsimpedanz des
invertierten Eingangsanschlusses IN2- des aktivierten Eingangsteils 120 ist
niederohmig, und die Eingangsimpedanz des nicht invertierten Eingangsanschlusses
IN2+ und die Ausgangsimpedanz des Ausgangsanschlusses OUT2 sind
hochohmig. Ferner geht der von dem Ausgangsanschluss OUT2 des deaktivierten
Eingangsteils 120 gelieferte Strom auf Null. Die Ausgangsimpedanzen
des nicht invertierten Eingangsanschlusses IN2+ und des invertierten
Eingangsanschlusses IN2- sowie des Ausgangsanschlusses OUT2 sind
zu diesem Zeitpunkt alle hochohmig. Das Austreten unerwünschter
Signale aus dem invertierten Eingangsanschluss IN2- wird zu diesem
Zeitpunkt verhindert.
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Der
Selektor 130 ist mit einem Selected-Signal-Anschluss SEL,
dem Eingangsteil 110 und dem Eingangsteil 120 des
Operationsverstärkers 100 verbunden.
Der Selektor 130 ist eine Einrichtung, die entsprechend
von dem Selected-Signal-Anschluss SEL eingegebenen Signalen einen
der mehreren mit dem Selektor 130 verbundenen Eingangsteile
in einen aktivierten Zustand und alle anderen Eingangsteile in einen
deaktivierten Zustand versetzt. Der Eingangsteil 120 befindet
sich in einem deaktivierten Zustand, wenn der Eingangsteil 110 in
einem aktivierten Zustand ist. Ferner befindet sich der Eingangsteil 120 in
einem aktivierten Zustand, wenn der Eingangsteil 110 in
einem deaktivierten Zustand ist.
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Der
Ausgangsteil 140 ist ein Verstärker, der die Eingangsstromsignale
in Spannungssignale konvertiert und ferner diese Spannungssignale
verstärkt und
ausgibt. Durch Addieren des Stroms der Ausgangsstromsignale von
dem Eingangsteil 110 und der Ausgangsstromsignale von dem
Eingangsteil 120 erhaltene Signale werden in den Ausgangsteil 140 eingegeben.
Die Eingangsimpedanz des Ausgangsteils 140 ist immer hochohmig.
Durch die hohe Impedanz wird ein hoher Konversionsverstärkungsfaktor
erzeugt.
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Die
Eingangsanschlüsse
des Operationsverstärkers 100 weisen
den nicht invertierten Eingangsanschluss IN1+, den invertierten
Eingangsanschluss IN1-, den nicht invertierten Eingangsanschluss
IN2+ und den invertierten Eingangsanschluss IN2- auf. Ferner weisen
die Ausgangsanschlüsse
des Operationsverstärkers 100 einen
Ausgangsanschluss OUT des Ausgangsteils 140 auf.
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Mehrere
Widerstände
sind derart geschaltet, dass der Operationsverstärker 100 in 1 als
nicht invertierte Verstärkungsvorrichtung
fungiert. Das heißt,
dass ein Widerstand R11 zwischen dem invertierten Eingangsanschluss
IN1- und Masse GND
geschaltet ist und ein Widerstand R12 zwischen dem invertierten
Eingangsanschluss IN1- und dem Ausgangsanschluss OUT geschaltet
ist. Ferner ist ein Widerstand R21 zwischen dem invertierten Eingangsanschluss
IN2- und Masse GND geschaltet und ist ein Widerstand R22 zwischen
dem invertierten Eingangsanschluss IN2- und dem Ausgangsanschluss
OUT geschaltet.
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Der
Operationsverstärker 100 ist
wie oben beschrieben strukturiert und arbeitet wie oben beschrieben;
daher kann ein beliebiges der mehreren Signale selektiert und verstärkt werden.
Ferner weist der Operationsverstärker 100 zwar
mehrere Eingangsteile auf, es befindet sich jedoch nur ein Eingangsteil
im aktivierten Zustand. Daher bleibt der Energieverbrauch des Operationsverstärkers 100 praktisch
der gleiche wie der Energieverbrauch herkömmlicher Operationsverstärker mit
einem Paar Eingangsanschlüssen
und einem Ausgangsanschluss. Ferner kann der Operationsverstärker 100 als
integrierte Schaltung strukturiert sein; dadurch wird der Montageflächenbereich
reduziert und sind die Herstellkosten niedrig.
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Folglich
ist bei der Signalumschalt-Verstärkungsvorrichtung 10,
bei der der Operationsverstärker 100 verwendet
wird, kein außen
angeordnetes Relais erforderlich, und es reduzieren sich daher der Montageflächenbereich
und die Kosten im Vergleich zum Stand der Technik. Ferner ist bei
der Signalumschalt-Verstärkungsvorrichtung 10,
bei der der Operationsverstärker 100 verwendet
wird, keine Elektrizität
zum Antreiben eines Relais erforderlich, und dadurch verringert
sich der Energieverbrauch im Vergleich zum Stand der Technik. Ferner
ist die Ausgangsimpedanz des deaktivierten Eingangsteils der Signalumschalt-Verstärkungsvorrichtung 10 auf
einen H-Wert gesetzt, und es sind keine Widerstände und andere Zusatzkomponenten
zwischen jedem Eingangsteil und dem Ausgangsteil geschaltet; daher können Breitbandsignale
verzerrungsfrei verstärkt werden.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass der Eingangsteil 110 und der
Eingangsteil 120 eine derartige Struktur aufweisen können, dass
Strom in einer Menge an den jeweiligen Ausgangsanschlüssen geliefert wird,
die der Menge an Strom entspricht, die zu dem jeweiligen invertierten
Eingangsanschluss fließt.
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Bei
der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung handelt es sich um eine Verstärkungsvorrichtung
mit variablem Verstärkungsfaktor, und
das Blockschaltbild dieser Verstärkungsvorrichtung
ist in 3 gezeigt. Eine Verstärkungsvorrichtung mit variablem
Verstärkungsfaktor
ist eine Verstärkungsvorrichtung,
mit der der Verstärkungsfaktor (die
Verstärkungsrate)
variiert werden kann. In 3 werden die gleichen Symbole
für Bauteile
verwendet, die auch in 1 gezeigt sind, und auf eine
detaillierte Beschreibung dieser Bauteile wird verzichtet. Eine in 3 gezeigte
Verstärkungsvorrichtung
mit variablem Verstärkungsfaktor 20 unterscheidet
sich von der in 1 gezeigten Signalumschalt-Verstärkungsvorrichtung 10 dadurch,
dass ein nicht invertierter Eingangsanschluss IN1+ und ein nicht
invertierter Eingangsanschluss IN2+ derart miteinander verbunden
sind, dass sie einen Eingangsanschluss bilden. Ferner sind das Widerstandsverhältnis R12/R11
und das Widerstandsverhältnis
R22/R21 auf unterschiedliche Werte eingestellt.
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Die
wie oben beschrieben aufgebaute Verstärkungsvorrichtung mit variablem
Verstärkungsfaktor 20 ist
in der Lage, den Verstärkungsfaktor
ohne mechanische Schalter zu variieren. Daher reduzieren sich Energieverbrauch,
Montageflächenbereich
und Kosten. Ferner ist diese Verstärkungsvorrichtung mit variablem
Verstärkungsfaktor 20 in
der Lage, praktisch die gleiche verzerrungsfreie Verstärkung von Breitbandsignalen
durchzuführen,
wie dies beim Stand der Technik möglich ist.
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Bei
einer dritten Ausführungsform
handelt es sich um eine Verstärkungsvorrichtung
mit variablem Band, und ein Blockschaltbild dieser Verstärkungsvorrichtung
ist in 4 gezeigt. Eine Verstärkungsvorrichtung mit variablem
Band ist eine Verstärkungsvorrichtung,
mit der das Signal-Durchlassband variiert werden kann. In 4 werden
die gleichen Symbole für
Bauteile verwendet, die auch in 3 gezeigt
sind, und auf eine detaillierte Beschreibung dieser Bauteile wird
verzichtet. Eine in 4 gezeigte Verstärkungsvorrichtung
mit variablem Band 30 unterscheidet sich von der in 3 gezeigten
Verstärkungsvorrichtung
mit variablem Verstärkungsfaktor
dadurch, dass der Widerstand R12 und der Widerstand R22 durch einen
Kondensator C12 und einen Kondensator C22 ersetzt sind. Ferner sind
die Zeitkonstante von R11 und C12 und die Zeitkonstante von R21
und C22 auf unterschiedliche Werte eingestellt.
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Die
wie oben beschrieben aufgebaute Verstärkungsvorrichtung mit variablem
Band 30 ist in der Lage, das Signal-Durchlassband ohne mechanische Schalter zu
variieren. Daher reduzieren sich Energieverbrauch, Montageflächenbereich
und Kosten. Ferner ist diese Verstärkungsvorrichtung mit variablem Band 30 in
der Lage, praktisch die gleiche verzerrungsfreie Verstärkung von
Breitbandsignalen durchzuführen,
wie es beim Stand der Technik möglich
ist. Ferner können
die Komponenten, bei denen es sich hier um die Widerstände R11
und R21 und die Kondensatoren C12 und C22 handelt, Widerstände, Kondensatoren,
Induktivitäten
und andere Bauteile sein. Beispielsweise arbeitet die in 4 gezeigte
Verstärkungsvorrichtung
mit variablem Band als Tiefpassfilter, sie kann jedoch derart modifiziert
werden, dass sie als Hochpassfilter arbeitet.
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Bei
der vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung handelt es sich um eine Signalumschalt-Verstärkungsvorrichtung,
und ein Blockschaltbild dieser Verstärkungsvorrichtung ist in 5 gezeigt.
In 5 werden die gleichen Symbole für Bauteile
verwendet, die auch in 1 gezeigt sind, und auf eine
detaillierte Beschreibung dieser Bauteile wird verzichtet. Eine
in 5 gezeigte Signalumschalt-Verstärkungsvorrichtung 40 weist
einen Operationsverstärker 200 auf.
Der Operationsverstärker 200 unterscheidet
sich dadurch von dem in 1 gezeigten Operationsverstärker 100,
dass er eine Funktion aufweist, die sämtliche Eingangsanschlüsse und den
Ausgangsanschluss deaktiviert. Der Operationsverstärker 200 weist
einen Enable-Anschluss EN auf. Der Enable-Anschluss EN ist zwischen
dem Selektor 130 und einem Ausgangsteil 150 geschaltet.
Der Operationsverstärker 200 wird
in Reaktion auf in den Enable-Anschluss EN eingegebene Signale aktiviert oder
deaktiviert. Der aktivierte Operationsverstärker 200 arbeitet
auf die gleiche Weise wie der Operationsverstärker 100. Sämtliche
Eingangsteile und der Ausgangsteil des deaktivierten Operationsverstärkers 200 befinden
sich in einem deaktivierten Zustand. Die Eingangsimpedanz sämtlicher
Eingangsteile des Operationsverstärkers 200 und des
Ausgangs des Ausgangsanschlusses des Operationsverstärkers sind
zu diesem Zeitpunkt hochohmig.
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Wenn
der so aufgebaute Operationsverstärker 200 deaktiviert
ist, erscheinen dem nicht invertierten Eingangsanschluss IN1+ oder
IN2+ zugeführte Signale
nicht über
den Widerstand R12 oder R22 an dem Ausgangsanschluss OUT.
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Wenn
beispielsweise mehrere Operationsverstärker 200 verwendet
werden, mit denen ein gemeinsamer Ausgangsanschluss OUT verbunden
ist, interferieren die Operationsverstärker 200 nicht miteinander,
solange sich die nicht benötigten
Operationsverstärker 200 in
einem deaktivierten Zustand befinden. Folglich kann die Signalumschalt-Verstärkungsvorrichtung 40 mehrere
Operationsverstärker 200 zum
Umschalten zwischen mehreren Signalen aufweisen.
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Beispiel 1
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Ein
Beispiel für
die interne Schaltung des oben beschriebenen Operationsverstärkers 100 ist
in 6 gezeigt. Wie in 1 dargestellt,
weist der Operationsverstärker 100 die
Eingangsteile 110 und 120, den Selektor 130 und
den Ausgangsteil 140 auf. Nachstehend wird auf 6 Bezug
genommen.
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Der
Eingangsteil 110 weist den Puffer B1 und Stromspiegelschaltungen
CM1 und CM2 auf.
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Der
Puffer B1 weist NPN-Transistoren Q1 und Q3 sowie PNP-Transistoren
Q2 und Q4 auf. Die Transistoren Q1 und Q2 bilden die Eingangsstufe des
Puffers B1. Ferner bilden die Transistoren Q3 und Q4 die Ausgangsstufe
des Puffers B1. Die Basis des Transistors Q1 ist mit dem nicht invertierten
Eingangsanschluss IN1+ verbunden, der Kollektor des Transistors
ist mit einem positiven Elektroquellenanschluss V+ verbunden, und
der Emitter des Transistors ist über
eine Konstantstromquelle I1 mit einem negativen Energiequellenanschluss
V- verbunden. Die Basis des Transistors Q2 ist mit dem nicht invertierten
Eingangsanschluss IN1+ verbunden, der Kollektor des Transistors
ist über
eine Konstantstromquelle I2 mit dem positiven Energiequellenanschluss V+
verbunden, und der Emitter des Transistors ist mit der negativen
Energiequelle V- verbunden. Die Basis des Transistors Q3 ist mit
dem Emitter des Transistors Q2 verbunden, der Kollektor des Transistors
ist mit der Stromspiegelschaltung CM1 verbunden, und der Emitter
ist mit dem invertierten Eingangsanschluss IN1- verbunden. Die Basis
des Transistors Q4 ist mit dem Emitter des Transistors Q1 verbunden,
der Kollektor des Transistors ist mit der Stromspiegelschaltung
CM2 verbunden, und der Emitter des Transistors ist mit dem invertierten
Eingangsanschluss IN1- verbunden.
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Die
Stromspiegelschaltung CM1 ist mit dem Ausgangsanschluss OUT1 verbunden
und liefert Strom in einer Menge, die der des Kollektorstroms des
Transistors Q3 gleich ist. Die Stromspiegelschaltung CM2 ist mit
dem Ausgangsanschluss OUT1 verbunden und liefert Strom in einer
Menge, die der des Kollektorstroms des Transistors Q4 gleich ist.
Folglich ist der von dem Ausgangsanschluss OUT1 gelieferte Strom
gleich dem von dem invertierten Eingangsanschluss IN1- gelieferten
Strom.
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Eine
Konstantstromquelle I3 ist zwischen dem positiven Energiequellenanschluss
V+ und der Basis des Transistors Q4 geschaltet. Eine Konstantstromquelle
I4 ist zwischen dem negativen Energiequellenanschluss V- und der
Basis des Transistors Q3 geschaltet. Eine Diode D1 ist zwischen
der Basis und der Masse des Transistors Q3 geschaltet. Eine Diode
D2 ist zwischen der Basis des Transistors Q4 und Masse geschaltet.
Die Anode der Diode D1 und die Kathode der Diode D2 sind geerdet.
Die Dioden D1 und D2 dienen zum Schutz der Verbindungsstelle zwischen
Basis und Emitter der Transistoren Q3 und Q4 gegen Sperrvorspannung.
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Der
Eingangsteil 120 weist den Puffer B2 und Stromspiegelschaltungen
CM3 und CM4 auf.
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Der
Puffer B2 weist NPN-Transistoren Q5 und Q7 sowie PNP-Transistoren
Q6 und Q8 auf. Die Transistoren Q5 und Q6 bilden die Eingangsstufe des
Puffers B2. Ferner bilden die Transistoren Q7 und Q8 die Ausgangsstufe
des Puffers B2. Die Basis des Transistors Q5 ist mit dem nicht invertierten
Eingangsanschluss IN2+ verbunden, der Kollektor des Transistors
ist mit dem positiven Elektroquellenanschluss V+ verbunden, und
der Emitter des Transistors ist über
eine Konstantstromquelle I5 mit dem negativen Energiequellenanschluss V-
verbunden. Die Basis des Transistors Q6 ist mit dem nicht invertierten
Eingangsanschluss IN2+ verbunden, der Kollektor des Transistors
ist über
eine Konstantstromquelle I6 mit dem positiven Elektroquellenanschluss
V+ verbunden, und der Emitter des Transistors ist mit der negativen
Energiequelle V- verbunden. Die Basis des Transistors Q7 ist mit
dem Emitter des Transistors Q6 verbunden, der Kollektor des Transistors
ist mit der Stromspiegelschaltung CM3 verbunden, und der Emitter
ist mit dem invertierten Eingangsanschluss IN2- verbunden. Die Basis
des Transistors Q8 ist mit dem Emitter des Transistors Q5 verbunden,
der Kollektor des Transistors ist mit der Stromspiegelschaltung
CM4 verbunden, und der Emitter des Transistors ist mit dem invertierten
Eingangsanschluss IN2- verbunden.
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Die
Stromspiegelschaltung CM3 ist mit dem Ausgangsanschluss OUT2 verbunden
und liefert Strom in einer Menge, die der des Kollektorstroms des
Transistors Q7 gleich ist. Die Stromspiegelschaltung CM4 ist mit
dem Ausgangsanschluss OUT2 verbunden und liefert Strom in einer
Menge, die der des Kollektorstroms des Transistors Q8 gleich ist.
Folglich ist der von dem Ausgangsanschluss OUT2 gelieferte Strom
gleich dem von dem invertierten Eingangsanschluss IN2- gelieferten
Strom.
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Eine
Konstantstromquelle I7 ist zwischen dem positiven Energiequellenanschluss
V+ und der Basis des Transistors Q8 geschaltet. Eine Konstantstromquelle
I8 ist zwischen dem negativen Energiequellenanschluss V- und der
Basis des Transistors Q7 geschaltet. Eine Diode D3 ist zwischen
der Basis und der Masse des Transistors Q7 geschaltet. Eine Diode
D4 ist zwischen der Basis des Transistors Q8 und Masse geschaltet.
Die Anode der Diode D3 und die Kathode der Diode D4 sind geerdet.
Die Dioden D3 und D4 dienen zum Schutz der Verbindungsstelle zwischen
Basis und Emitter der Transistoren Q7 und Q8 gegen Sperrvorspannung.
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Die
Puffer B1 und B2 werden als zweistufige Gegentakt-Emitterfolger
oder Diamantpuffer bezeichnet. Der Strom von jeder Konstantstromquelle I1
bis I8 fließt
von dem positiven Energiequellenanschluss V+ zu dem negativen Ener giequellenanschluss
V-. Ferner werden die Konstantstromquellen I1 bis I8 jeweils von
externen Signalen gesteuert und sind entweder eingeschaltet oder
ausgeschaltet. Der Ausgangsstrom von den Konstantstromquellen I1
bis I8 gehen auf Null und die Ausgangsimpedanz wird hochohmig, wenn
die Quellen abgeschaltet sind.
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Der
Ausgangsteil 140 ist ein Verstärker, der die Eingangsstromsignale
in Spannungssignale konvertiert und ferner diese Spannungssignale
verstärkt und
ausgibt. Durch Addieren des Stroms der Ausgangsstromsignale von
dem Eingangsteil 110 und der Ausgangsstromsignale von dem
Eingangsteil 120 erhaltene Signale werden in den Ausgangsteil 140 eingegeben.
Die Eingangsimpedanz des Ausgangsteils 140 ist immer hochohmig.
Daher ist der Ausgangsstrom der Eingangsteile 110 und 120 sehr klein.
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Der
Selektor 130 ist mit einem Selected-Signal-Anschluss SEL,
dem Eingangsteil 110 und dem Eingangsteil 120 des
Operationsverstärkers 100 verbunden.
Der Selektor 130 ist über
eine Signalleitung P11 mit den Konstantstromquellen I1 und I2 verbunden.
Der Selektor 130 ist ferner über eine Signalleitung P12
mit den Konstantstromquellen I3 und I4 verbunden. Der Selektor 130 ist
ferner über
eine Signalleitung P21 mit den Konstantstromquellen I5 und I6 verbunden.
Der Selektor 130 ist über
eine Signalleitung P22 mit den Konstantstromquellen I7 und I8 verbunden.
Der Selektor 130 schaltet jede Konstantstromquelle I1 bis
I8 ein oder aus und versetzt in Reaktion auf von dem Selected-Signal-Anschluss
SEL eingegebene Signale einen der mehreren Eingangsteile in einen
aktivierten Zustand und die anderen Eingangsteile in einen deaktivierten
Zustand.
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Wenn
der Eingangsteil 110 aktiviert ist, sind die Konstantstromquellen
I1 und I2 eingeschaltet und die Konstantstromquellen I3 und I4 ausgeschaltet. Andererseits
sind bei deaktiviertem Eingangsteil 110 die Konstantstromquellen
I1 und I2 ausgeschaltet und die Konstantstromquellen I3 und I4 eingeschaltet.
Ferner sind bei aktiviertem Eingangsteil 120 die Konstantstromquellen
I5 und I6 eingeschaltet und die Konstantstromquellen I7 und I8 ausgeschaltet.
Ande rerseits sind bei deaktiviertem Eingangsteil 120 die Konstantstromquellen
I5 und I6 ausgeschaltet und die Konstantstromquellen I7 und I8 eingeschaltet.
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Die
wie oben aufgebauten Operationsverstärker 100 können auf
einfache Weise als integrierte Schaltung ausgebildet werden.
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Zusammenfassung
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Ein
Stromrückkopplungs-Operationsverstärker weist
auf: mehrere Eingangsteile und einen Ausgangsteil, wobei jeder der
mehreren Eingangsteile einen ersten Eingangsanschluss, einen zweiten
Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss aufweist; die von
dem ersten Eingangsanschluss eingegebenen Signale von einem Pufferverstärker verstärkt und
an den zweiten Eingangsanschluss ausgegeben werden; und Strom in
einer Menge dem Ausgangsanschluss zugeführt wird, die dem Strom entspricht,
welcher zu dem zweiten Eingangsanschluss fließt; wobei der Ausgangsteil
einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss aufweist; durch
Addieren des Stroms von Signalen von sämtlichen Eingangsteilen erhaltene
Signale dem Eingangsanschluss zugeführt werden; und die dem Eingangsanschluss
zugeführten
Signale in Spannungssignale konvertiert, verstärkt und dem Ausgangsanschluss
zugeführt
werden; und wobei in Reaktion auf erste externe Signale einer der
oben genannten Eingangsteile wirksam geschaltet wird und die anderen Eingangsteile
unwirksam geschaltet werden, wobei die Impedanz des ersten Eingangsanschlusses,
des zweiten Eingangsanschlusses und des Ausgangsanschlusses der
oben genannten unwirksam geschalteten Eingangsteile hochohmig wird
und der Ausgangsstrom von dem oben genannten Ausgangsanschluss auf
Null geht.