DE1277599B

DE1277599B - Circuit arrangement for the analog multiplication of electrical quantities

Info

Publication number: DE1277599B
Application number: DE1962P0030232
Authority: DE
Inventors: Hermann Schoen
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1962-09-25
Filing date: 1962-09-25
Publication date: 1968-09-12

Description

Schaltungsanordnung zum analogen Multiplizieren elektrischer Größen Schaltungsanordnungen zum analogen Multiplizieren elektrischer Größen sind bekannt, z. B. hat der Hallgenerator dafür Verwendung gefunden. Ab- gesehen davon, daß der brauchbare Frequenzbereich des Hallgenerators beschränkt ist, sind die von ihm abgegebenen Ströme bzw. Spannungen verhältnismäßig gering, so daß in vielen Fällen nachfolgende Verstärkerstufen benötigt werden.Circuit arrangement for analog multiplying electrical quantities Circuit arrangements for analog multiplying electrical quantities are known, e.g. B. the Hall generator has been used for this. Apart from the fact that the usable frequency range of the Hall generator is limited, the currents or voltages it emits are relatively low, so that subsequent amplifier stages are required in many cases.

Es ist ferner eine Schaltungsanordnung zum analogen Multiplizieren elektrischer Größen vorgeschlagen worden, bei der zwei im Übersteuerungsbereich betriebene symmetrische Transistoren mit über Widerstände zusammengeschalteten Basen und mit über Widerstände zusammengeschalteten Kollektoren vorgesehen sind und eine Brücke bilden.It is also a circuit arrangement for analog multiplication electrical quantities have been proposed with two in the overdrive range operated symmetrical transistors with bases connected together via resistors and are provided with collectors connected together via resistors and one Build a bridge.

Die Erfindung besehreitet aber einen anderen Weg, und sie ist dadurch gekennzeichnet, daß zwei Transistor-Differenzverstärker vorgesehen sind, von denen die Kollektoren der entsprechenden Verstärkerzweige und die Basen nur zweier nicht entsprechender Verstärkerzweige sowie die Emitter eines jeden Verstärkers miteinander verbunden sind, der eine Faktor den verbundenen Basiseingängen und der andere Faktor den verbundenen Emittern in zwei zueinander entgegengerichteten Phasen zuführbar ist, während das Produkt zwischen den entsprechend verbundenen Kollektoren der Differenzverstärker abnehmbar ist.The invention, however, takes a different path, and it is thereby characterized in that two transistor differential amplifiers are provided, one of which the collectors of the corresponding amplifier branches and the bases of only two are not corresponding amplifier branches and the emitters of each amplifier with one another are connected, one factor the connected base inputs and the other factor can be fed to the connected emitters in two mutually opposite phases is, while the product between the correspondingly connected collectors is the differential amplifier is removable.

Die Schaltungsanordnung basiert darauf, daß bei Transistoren die Steilheit dem Emitterstrom proportional ist. Für die Steilheit in Emitterschaltung gilt bei Frequenzen, die kleiner als die Grenzfrequenz des Transistors sind, Art der an sich bekannten Differenzverstärkerschaltung betreibt, läßt sich diese Schwierigkeit umgehen.The circuit arrangement is based on the fact that the slope of transistors is proportional to the emitter current. For the steepness in the emitter circuit, the following applies at frequencies that are lower than the cutoff frequency of the transistor: Type of known differential amplifier circuit operates, this difficulty can be avoided.

Die Zeichnung stellt Ausführungsbeispiele dar. Es zeigt Fig. 1 den Doppeldifferenzverstärker und F i g # 2 den Doppeldifferenzverstärker mit einem weiteren Eingangsdifferenzverstärker.The drawing shows exemplary embodiments. FIG. 1 shows the double differential amplifier and F i g # 2 the double differential amplifier with a further input differential amplifier.

Bei den Transistoren 1 und 2 des einen Differenzverstärkers und bei den Transistoren 3 und 4 des anderen Differenzverstärkers sind die Kollektoren der Transistoren 1 und 3 bzw. 2 und 4 miteinander verbunden. R, und R" sind die Kollektorwiderstände, die an der Spannungsquelle UB liegen. Die Basen der Transistoren 2 und 3 sind miteinander verbunden, und an sie wird der eine Faktor der Eingangsspannung ul gelegt. Die Basen der Transistoren 1 und 4 liegen auf fester Vorspannung, während an den miteinander verbundenen Emittern der Transistoren 1 und 2 bzw. 3 und 4 mittels der Quellen 5, 6 ein hochohmiger Strom eingespeist wird. Die Vorspannungen U" und Uvg werden so gewählt, daß die Kollektorströme aller vier Transistoren gleich groß werden.In the case of transistors 1 and 2 of one differential amplifier and of transistors 3 and 4 of the other differential amplifier, the collectors of transistors 1 and 3 or 2 and 4 are connected to one another. R and R ″ are the collector resistances which are connected to the voltage source UB . The bases of the transistors 2 and 3 are connected to one another, and one factor of the input voltage ul is applied to them. The bases of the transistors 1 and 4 have a fixed bias voltage , while a high-resistance current is fed in at the interconnected emitters of transistors 1 and 2 or 3 and 4 by means of sources 5, 6. The bias voltages U "and Uvg are chosen so that the collector currents of all four transistors are the same.

Die Ausgangsspannung u, ergibt sich, wenn die Widerstände R, und R2 = R gesetzt werden, folgendermaßen: U2 = R 2 + ic 4) - (ic I + ir A - Es ergibt sich ferner: wobei IE der Emitterstrom ist und UT etwa 26 mV bei 25'C beträgt. Diese Beziehung ist von Änderungen der Basis-Emitter-Eingangsspannung unabhängig, wenn diese klein8r als UT bleiben. Sie gilt auch für den Momentanwert ie bei zeitlich sich änderndem Emitterstrom. Unter diesen Voraussetzungen kann man für den Kleinsignalanteil des Kollektorstromes: Basis-En-ütter-Spannung mal dem Quotienten aus Emitterstrom durch UT setzen.The output voltage u, results when the resistors R, and R2 = R are set as follows: U2 = R 2 + ic 4) - (ic I + ir A - It also results: where IE is the emitter current and UT is approximately 26 mV at 25'C. This relationship is independent of changes in the base-emitter input voltage if these remain lower than UT. It also applies to the instantaneous value ie when the emitter current changes over time. Under these conditions, the small-signal component of the Collector current: Set the base end-of-line voltage times the quotient of the emitter current through UT.

Man könnte also zwei elektrische Größen mit Hilfe eines Transistors miteinander multiplizieren, wenn man diesen Größen die Eingangswechselspannung und den Emitterstrom porportional macht. Dazu müßte aber der Transistor am Eingang gleichzeitig strom- und spannungsgesteuert werden. Das ist bei einem einzelnen Transistor im allgemeinen nicht möglich. Wenn man jedoch zwei Transistoren nach der Hierbei ist iEI gleich der Summe aus dem konstanten Emitterstrom iE und einem Wechselanteil 1" während iEn die Differenz dieser beiden Summanden ist, i01 - - - 114 die Kollektorstromanteile und Ubi ... Ub4 die Basisemitterspannungsanteile bezeichnen.So one could multiply two electrical quantities with the help of a transistor if one makes the input alternating voltage and the emitter current proportional to these quantities. To do this, however, the transistor at the input would have to be controlled by current and voltage at the same time. This is generally not possible with a single transistor. However, if you put two transistors after the Here iEI is equal to the sum of the constant emitter current iE and an alternating component 1 "while iEn is the difference between these two summands, i01 - - - 114 denote the collector current components and Ubi ... Ub4 denote the base emitter voltage components.

Nach einigen Umrechnungen erhält man für die Ausgangsspannung u,: wobei i" den dynamischen Anteilen von !EI bzw. !.gu entspricht.After a few conversions, the output voltage u,: where i "corresponds to the dynamic components of ! EI or! .gu.

Es läßt sich weiter zeigen, daß die Anteile, die den konstanten Emitterstrom IE enthalten, herausfallen. ul und i" können daher Gleichstrom- oder Wechselstromgrößen sein. Die Ausgangsspannung ist ihrem Produkt proportional, solange ulm < UT und 1,m < I.E gewahrt bleibt. Index M kennzeichnet den Scheitelweft.It can also be shown that the components which contain the constant emitter current IE drop out. ul and i "can therefore be direct current or alternating current quantities. The output voltage is proportional to their product as long as ulm < UT and 1, m < IE is maintained. Index M denotes the vertex value.

Die Schaltung nach F i g. 1 verlangt eine gegeninnige Änderung der Emitterströme der beiden Differenzverstärker. Zwei gegenphasig gleich große Ströme lassen sich im allgemeinen mit einer Differenzverstärkerstufe erzeugen. Man muß nur außer der Gegenphasigkeit auch für die Gleichheit der Basis-Emitter-Spannungen lUbl! # jUb21 sorgen. Das geschieht am besten mit Hilfe von Gegenkopplungswiderständen in den Emitterleitungen. Für den Differenzverstarker lassen sich Transistoren des gleichen oder auch des komplementären Typs verwenden. Die Verwendung der zuletzt genannten führt zu einer einfachen Schaltung, die in F i g. 2 dargestellt ist. Der obere Teil 4 entspricht der Schaltung nach F i g. 1, und es sind im wesentlichen dieselben Bezugszeichen gewählt worden. Die dort gezeichneten Stromgeneratoren 5 und 6 sind hier je- doch durch die Spannungsquelle + UB, die Widerstände R3, R4 und die beiden Transistoren 5' und 6' ersetzt worden. Diese sind nach Art des eingangs beschriebenen Differenzverstärkers geschaltet. Die Widerstände R,5 und R, in den Emitterleitungen dienen der Linearisierung der Verstärker durch Gegenkopplung. Der Widerstand R, liefert aus der Spannungsquelle - UB den gemeinsamen Emitterstrom IB in dieser Stufe.The circuit according to FIG. 1 requires an opposite change in the emitter currents of the two differential amplifiers. Two currents of equal size in antiphase can generally be generated with a differential amplifier stage. In addition to the antiphase, one only has to ensure the equality of the base-emitter voltages lUbl! # jUb21 worries. This is best done with the help of negative feedback resistors in the emitter lines. Transistors of the same or of the complementary type can be used for the differential amplifier. Using the latter results in a simple circuit shown in FIG. 2 is shown. The upper part 4 corresponds to the circuit according to FIG. 1, and essentially the same reference numerals have been chosen. The current generators 5 and 6 shown there have, however, been replaced here by the voltage source + UB, the resistors R3, R4 and the two transistors 5 ' and 6' . These are connected in the manner of the differential amplifier described at the beginning. The resistors R, 5 and R, in the emitter lines are used to linearize the amplifier through negative feedback. The resistor R, supplies the common emitter current IB in this stage from the voltage source - UB.

Wenn der Widerstand Rr, gleich dem Widerstand 4 gewählt wird und der Emitterstrom IEln gleich dem Verhältnis aus der Spannungsqueffe -UB und dem Widerstandswert von R7 gesetzt wird, werden die Änderungen der Kollektorströme der Transistoren 5', 6' bei Anlegen einer Eingangsspannung U12 ungleich Null an der Basis des Transistors 6' proportional der Emitterstromsteilheit SIn. Diese Kollektorstromänderungen sind gleich den Emitterstromänderungen der beiden Multiplizierstufen mit den Transistoren 1, 2 und 3, 4, so daß man eine Ausgangsspannung erhält. mit und ul sind dieselben Werte bezeichnet, wie sie an Hand der F i g. 1 bereits erläutert sind.If the resistor Rr is chosen to be equal to the resistor 4 and the emitter current IEln is set equal to the ratio of the voltage value -UB and the resistance value of R7, the changes in the collector currents of the transistors 5 ', 6' when an input voltage U12 is applied are not equal to zero at the base of the transistor 6 ' proportional to the steepness of the emitter current SIn. These collector current changes are equal to the emitter current changes of the two multiplier stages with transistors 1, 2 and 3, 4, so that an output voltage receives. with and ul are denoted the same values as they are on the basis of FIG . 1 have already been explained.

Claims

1. A circuit arrangement for analog multiplying electrical quantities, d a d URC h g e -kennze ichnet that two differential transistor-amplifiers are provided, of which the collectors of the corresponding amplifier branches (1, 3 and 2, 4) and the bases only two non-corresponding amplifier branches (2, 3) and the emitters of each amplifier (1, 2 or 3, 4) are connected to one another, one factor can be fed to the connected base inputs and the other factor to the connected emitters in two mutually opposite phases , while the product between the correspondingly connected collectors of the differential amplifier can be removed. 2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that a further transistor differential amplifier (5 ', 6') is provided with transistors complementary to the double differential amplifiers, the collector resistors (R, R4) of which the emitter resistors of the transistor double differential amplifier form and one of the base inputs of which one factor can be fed, while the other base input is grounded. Documents considered: The Review of Scientific Instruments, Vol. 32, No.

2, February 1961, pp. 189 to 192.