DE1282081B - Spannungsvergleichsschaltung - Google Patents

Description

CUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

HO3k

Deutsche Kl.: 21 äl-36/18

Nummer: 1282081

Aktenzeichen: P 12 82 081.4-31 (J 33319)

Anmeldetag: 29. März 1967

Auslegetag: 7. November 1968

Die Erfindung bezieht sich auf eine Spannungsvergleichsschaltung mit zwei Transistoren, die bei Gleichheit der Eingangsspannungen beide leiten, während bei Ungleichheit ein Transistor durch eine Span>nung gesperrt wird, die etwa der Differenz der Eingangsspannungen entspricht.

in derartigen Schaltungen tritt das Problem auf, daß bei stark unterschiedlichen Eingangsspannungen an dem nichtleitenden Transistor eine hohe Sperrspannung liegt, die einen Durchbruch zur Folge haben kann.

Dieser Nachteil wird gemäß der Erfindung dadurch vermieden, daß zwischen die Eingangsklemme und die Steuerelektrode des zugehörigen Transistors ein Feldeffekt-Transistor eingeschaltet ist, dessen Pinch-off-Spannung kleiner ist als die einen Durchbruch zur Folge habende Sperrspannung des Transistors, und daß die G-PoIe der beiden Feldeffekt-Transistoren miteinander und über einen Widerstand mit den beiden anderen Steuerelektroden der Transistoren verbunden sind.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der genaueren Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung.

In der Zeichnung ist eine Vergleichsschaltung 10 dargestellt, die die Transistoren Q1 und β 2 enthält, deren Emitter mit einer Stromquelle 12 verbunden sind, die aus einer Batterie 13 und einem Widerstand 15 bestehen kann. Die Kollektoren der Transistoren Q1 und Ql sind mit einer Last 14 über die Leitungen 16 und 18, wie dargestellt, verbunden. Die Vergleichsschaltung 10 kann als Differentialverstärker betrachtet werden, und die Last 14 kann als ein zweiter Differentialverstärker angesehen werden.

Ein Feldeffekt-Transistor 20 ist zwischen einer Eingangsklemme 22 und der Basiselektrode des Transistors QX angeordnet. Der Feldeffekt-Transistor 20 besitzt einen D-Pol 24, einen S-PoI 26 und einen G-PoI 28. Ein Feldeffekt-Transistor 30 ist zwischen einer Eingangsklemme 32 und der Basis des Transistors Ql angeordnet. Der Feldeffekt-Transistor 30 hat einen D-Pol 34, einen S-PoI 36 und einen G-PoI 38. Den G-Polen der Feldeffekt-Transistoren 20 und 30 wird dadurch eine Vorspannung zugeführt, daß die beiden G-PoIe mit dem einen Ende eines Widerstandes verbunden sind, dessen anderes Ende mit den Emittern der Transistoren Ql und Ql verbunden ist. Der Widerstand 40 kann durch eine Diode ersetzt werden.

Die zu vergleichenden Eingangssignale werden den Eingangsklemmen 22 und 32 zugeführt, die auch als Eingang 1 bzw. Eingang 2 bezeichnet werden. Die zu Spannungsvergleichsschaltung

Anmelder:

International Business Machines Corporation,

Armonk, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. R. Busch, Patentanwalt,

7030 Böblingen, Sindelfinger Str. 49

Als Erfinder benannt:
Arden John Wolterman,
Apalachin, N. Y. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 29. März 1966 (538 277)

vergleichenden Signalpegel können entgegengesetzte Polarität aufweisen, es können beispielsweise positive oder negative Signale sein, oder die Eingangssignale können von gleicher Polarität, aber unterschiedlicher Größe sein. Die Eingangssignale können analoge Signale oder digitale Signale sein. Wenn digitale Eingangssignale zugeführt werden, können beispielsweise beide Eingangssignale positiv Sein, wenn jedes von ihnen eine binäre Eins darstellt, und beide Eingangssignale können negativ sein, wenn jedes eine binäre Null darstellt. Es können auch beide Eingangssignale eine negative Polarität bestimmter Größe aufweisen, wenn jedes eine binäre Eins darstellt, und ebenso können beide Eingangssignale eine negative Polarität von noch größerer Amplitude aufweisen, wenn jedes von ihnen eine binäre Null darstellt. Es kann somit auch der relative Potentialpegel, nicht der absolute Wert verwendet werden, um willkürlich analoge oder digitale Werte darzustellen. Die folgende Tabelle benutzt die Bezeichnungen »hoch« und »niedrig«, um die relativen Eingangswerte darzustellen, und es sind die vier möglichen Kombinationen für die beiden Eingangssignale dargestellt.

Fall	Eingang I	Eingang II	Ergebnis
1 50 2 3 4	hoch niedrig niedrig hoch	niedrig hoch niedrig hoch	ungleich ungleich gleich gleich

809 630/965

Zur Erklärung sei angenommen, daß die Transistoren ßl und β 2 NPN-Transistoren und daß die Feldeffekt-Transistoren 20 und 30 p-leitende Kanäle aufweisen. Die Pegel der Eingangssignale sind von verschiedener Größe und sind willkürlich als »hoch« und »niedrig« bezeichnet, wobei der als »hoch« bezeichnete Pegel der positivere Pegel ist.

Es sei zunächst zur Erklärung angenommen, daß der Pegel des dem Eingang 1 zugeführten Signals »hoch« und der des dem Eingang 2 zugeführten Signals »niedrig« ist. Dies ist der Fall 1 in der Tabelle. Unter den angenommenen Bedingungen leiten die Feldeffekt-Transistoren 20 und 30, und die Transistoren β1 und ß2 werden leitend bzw. nichtleitend, d. h., durch den negativeren Signalpegel am Eingang 2 wird der Transistorß2 gesperrt, und durch den positiveren Signalpegel am Eingang 1 wird der Transistor ßl leitend. Die Basis-Emitter-Strecke des Transistors Ql wird durch einen Signalpegel, der im wesentlichen gleich ist der Differenz der beiden Eingangssignale, in Sperrrichtung vorgespannt. Wenn die genannte Differenz der Eingangssignale genügend groß ist, findet in der Basis-Emitter-Sperrschicht ein Durchbruch statt. Die Pinch-off-Spannung des Feldeffekt-Transistors 30 ist jedoch geringer als die Sperrspannung an der Basis-Emitter-Strecke des Transistors Ql, die den Durchbruch hervorruft. Wenn der Pinch-off-Pegel erreicht ist, wird der Feldeffekt-Transistor 30 nichtleitend, und dadurch wird die Basis des Transistors Ql von dem Eingang 2 isoliert, bevor die Durchbruchsspannung des Transistors Ql erreicht wird. Die beiden Eingangssignale werden voneinander durch den Feldeffekt-Transistor 30 isoliert.

Jetzt werde angenommen, daß die Bedingungen für den Fall 2 in der Tabelle vorliegen. In diesem Fall wird das Signal mit dem positiveren Pegel dem Eingang 2 zugeführt und das Signal mit dem weniger positiven Pegel dem Eingang 1. Die Feldeffekt-Transistoren 20 und 30 leiten, wodurch die Signalpegel, die an den Eingängen 1 und 2 vorliegen, den Basiselektroden der Transistoren β 1 bzw. Ql zugeführt werden. Der Transistor Q1 wird leitend gemacht, und der Transistor β 1 wird gesperrt. Daher ist die Basis-Emitter-Strecke des Transistors Q1 in Sperrichtung vorgespannt. Wenn die Differenz der Eingangssignale groß genug ist, würde ein Durchbruch in der Basis-Emitter-Strecke β 1 stattfinden. Jedoch ist die Pinch-off-Spannung des Feldeffekt-Transistors 20 kleiner als die Durchbruchsspannung der Basis-Emitter-Strecke des Transistors β 1, und daher wird der Feldeffekt-Transistor 20 gesperrt, bevor die Durchbruchsspannung der Basis-Emitter-Strecke des Transistors ßl erreicht wird. Daher ist der Eingang 1 von der Basis des Transistors ßl isoliert. Die beiden Eingänge sind durch den Feldeffekt-Transistor 20 voneinander isoliert.

Als nächstes sei angenommen, daß die Bedingungen für den Fall 3 in der Tabelle vorliegen. In diesem Beispiel sind die Pegel der Eingangssignale, die den Eingängen 1 und 2 zugeführt werden, beide niedrig. Die Feldeffekt-Transistoren 20 und 30 leiten, und die Transistoren β 1 und β 2 werden beide ebenfalls leitend, da in diesem Fall es kein Problem bezüglich einer Durchbruchsspannung gibt, da beide Eingangspegel im wesentlichen die gleiche Größe aufweisen.

Wenn die Bedingungen für den Fall 4 in der Tabelle vorliegen, sind die Signalpegel an den Eingängen 1 und 2 beide hoch. In diesem Fall werden die Feldeffekt-Transistoren 20 und 30 beide leitend. Die Transistoren ßl und β2 werden beide leitend, da die Pegel beider Eingangssignale die gleiche Größe aufweisen und somit kein Problem der Durchbruchsspannung vorhanden ist.

Die von den Transistoren ßl und β2 der Vergleichsschaltung 10 gelieferten Ströme können durch die Last 14 so gedeutet werden, daß sie anzeigen, ob die Eingangssignale an den Eingängen 1 und 2 ungleich sind und, wenn das der Fall ist, welches Signal das größere ist.

Es ist daher ersichtlich, daß die Feldeffekt-Transistoren 20 und 30 die Transistoren β 1 und β 2 der Vergleichsschaltung 10 vor Durchbruchsspannungen schützen, die nach den Fällen 1 und 2 der Tabelle auftreten können. Darüber hinaus beeinträchtigen die Feldeffekt-Transistoren 20 und 30 nicht die Genauigkeit der Vergleichsschaltung 10 für die Fälle 1 bis 4 der Tabelle, da sie für die Eingangssignale einen Pfad geringen Widerstandes darstellen, wenn sie nicht die Isolierfunktion wahrnehmen. Dadurch ist die Genauigkeit, mit der die Vergleichsschaltung arbeitet, nur von den beiden Transistoren ßl und β2 abhängig.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Spannungsvergleichsschaltung mit zwei Transistoren, die bei Gleichheit der Eingangsspannungen beide leiten, während bei Ungleichheit ein Transistor durch eine Spannung, die etwa der Differenz der Eingangsspannungen entspricht, gesperrt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung einer zu hohen Sperrspannung, die einen Durchbruch zur Folge haben würde, zwischen die Eingangsklemme (1 bzw. 2) und die Steuerelektrode des zugehörigen Transistors (ßl bzw. β 2) ein Feldeffekt-Transistor (20 bzw. 30) eingeschaltet ist, dessen Pinch-off-Spannung kleiner ist als die einen Durchbruch zur Folge habende Sperrspannung des Transistors, und daß die G-PoIe (28 bzw. 38) der beiden Feldeffekt-Transistoren miteinander und über einen Widerstand (40) mit den beiden anderen Steuerelektroden der Transistoren verbunden sind.

2. Spannungsvergleichsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Transistoren NPN-Transistoren bzw. PNP-Transistoren und als Feldeffekt-Transistoren solche mit p- bzw. η-leitendem Kanal verwendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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