DE1487396A1 - Schaltungsanordnung zum Erzeugen einer Steuer- oder Kompensationsspannung - Google Patents

Schaltungsanordnung zum Erzeugen einer Steuer- oder Kompensationsspannung

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DE1487396A1
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Description

H87398
639>66/Dr.v.B/E
RCA 56 532
US-Serial No. 510,207
Piled: November 29, 1965
Radio Corporation of America New-York: N.Y., V.St.A.
Schaltungsanordung zum Erzeugen einer Steuer- oder Kompensationsspannung
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Erzeugen einer Steuer- oder Kompensationsspannungj, insbesondere einer Spannung zum Kompensieren von Einflüssen von Speisespannungs- und Temperaturschwan» kungeii auf gleichspannungsgekoppelte Transistorverstärker, Die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung eignet" sich besonders für integrierte Schaltungen.
Unter "integrierter Schaltung" soll hier
Viie üblich eine einstückige oder monolithische Halbleitereiririehtung verstanden werden, die eine Anzahl von miteinander verbundenen aktiven und passiven Schaltungselementen enthält, die in einem kristallischen Halbleiterkörper gebildet sind. 9 09844/ 1347
-2- U87396
Die Konstruktion integrierter Schaltung'-wirft eine ganze Reihe von Problemen auf. So ist es beispielsweise ziemlich schwierig, RC-gekoppelte Verstärker herzustellen, da ein Kondensator bei einer integrierten Schaltung eine relativ große Fläche des Faibleiterkörpers einnimmt, auch wenn es sich um relativ ...eine Kapazitätswerte handelt.
Die Abmessungen des die integrierte Schaltung enthaltenden, gewöhnlich plättchenförmigen Halbleiterkörpers sind jedoch begrenzt. Dementsprechend sind auch die Abmessungen der Kondensatoren und die zur Kopplung zweier Stufen zur Verfügung stehende Kapazität Beschränkungen unterworfen. Beschränkungen bezüglich der Abmessung von Kundensatoren beeinträchtigen den Frequenzgang eines Verstärkers aber nicht nur bei niedrigen sondern auch bei hohen Frequenzen und der bei einer bestimmten Signalfrequenz erreichbare Verstärkungsgrad ist dann meist unerwünscht niedrig. Die Hochfrequenzeigenschaften des Verstärkers werden ferner noch durch Streukapazitäten beeinträchtigt, die zwischen den Kondensatoren einer integrierten Schaltung und Masse vorhanden sind.
Bei dem derzeitigen Stand der Technik zur Herstellung von Kondensatoren in integrierten Schaltungen führen die Größenbeschränkungen außerdem sehr häufig zu Kurzschlüssen zwischen den Kondnesatorbelägen. Aus allen
BAD ORiGINAL
-> U87396
diesen Gründen wäre es wünschenswert, wo immer möglich zwischen den Verstärkerstufen einer integrierten Schaltung eine galvanische oder Gleichspannungskopplung zu verwenden.
Die Gleichspannungskopplung von Verstärkerstufen ist jedoch ein Problem für sich. So müssen im allgemeinen relativ komplizierte Vorspannungsschaltungen verwendet werden, um die gewünschten Arbeitspunkte von hintereinander geschalteten, gleichspannungsgekoppelten Stufen zu gewährleisten, da ja die an der Ausgangselektrode der einen Stufe auftretende Gleichspannung an der nächstfolgenden Stufe als Eingangsspannung erscheint. Zur Stabilisierung der verschiedenen Arbeitspunkte ist außerdem eine Gleichspannungsgegenkopplung erforderlich. Wenn mit einer einzigen integrierten Schaltung eine hohe Verstärkung erzielt werden soll, besteht dann die Gefahr, daß die Schaltung durch Phasenverschiebungen in der Gegenkopplungsschleife instabil wird. Sowohl die Verstärkerstufe selbst als auch ihr Arbeitspunkt dürfen außerdem durch Schwankungen der Speisespannung und der Umgebungstemperatur nicht beeinträchtigt werden, da sonst keine Gleichspannungskopplunc von Verstärkerstufen möglich ist.
Ein gleichspannungsgekoppelter Transistorverstärker, der sich besonders gut als integrierte Schaltung herstellen läßt, ist in der deutschen Patentanmeldung R 41 ^32 VIIIa/21a2, 18/08 vorgeschlagen worden.
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Dieser Verstärker enthält zwei mit ihren Emittern gekoppelte Transistoren, von denen der erste, an dessen Basiselektrode ein zu verstärkendes Eingangssignal liegt, in Kollektorschaltung arbeitet, während beim zweiten Transistor, der in Basisschaltung arbeitet, die Emitterelektrode als Eingangselektrode und die Kollektorelektrode als Ausgangselektrode dienen. Mit der Kollektorelektrode des zweiten Transistors ist ein als Emitterverstärker geschalteter dritter Transistor direkt verbunden. Mit den Emitterelektroden der ersten beiden Transistoren ist ein Widerstand verbunden, dessen Widerstandswert wenigstens annähernd die Hälfte des Widerstandswertes eines mit der Kollektorelektrode des zweiten Transistors verbundenen Arbeitswiderstandes ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Arbeitspunkte und Arbeitsweise einer Transistorschaltung, insbesondere eines gleichspannungsgekoppelten Transistorverstärkers der oben genannten Art gegen Einflüsse von Temperatur- und Speisespannungsschwankungen zu stabilisieren.
Diese Aufgabe wird durch eine Schaltungsanordnung gelöst, die N + 2 Transistoren mit jeweils einer Emitterelektrode, einer Basiselektrode und einer Kollektorelektrode enthält, wobei N eine positive ganze Zahl einschließlich Null bedeutet. Ein erster dieser Transistoren ist als degenerierter Verstärker in Emitterschaltung
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geschaltet. Seine Kollektorelektrode ist mit einem ersten Widerstand verbunden« dessen Widerstandswert wenigstens annähernd das (N + I)-fache des Wlderstandswertes eines zweiten Widerstandes ist, der mit der Emitterelektrode des ersten Transistors verbunden ist. Bin zweiter der N + 2-Transistoren arbeitet in Kollektorschaltung. Die Kollektorelektrode des ersten Transistors ist über eine N der N + 2 Transistoren enthaltende Kopplungeschaltung mit der Basiselektrode des zweiten Transistors verbunden und die Emitterelektrode des zweiten Transistors ist mit der Basiselektrode des ersten Transistors gekoppelt. Die Transistoren werden durch eine Betriebsspannungsquelle gespeist und mit dem zweiten Transistor ist eine Schaltungsanordnung zur Abnahme einer Ausgangsspannung gekoppelt.
Bezüglich der weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird auf die Unteransprüche verwiesen.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert, es zeigen:
Fig. 1 ein Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispieles der Erfindung?
Pig. 2 ein Schaltbild eines zweiten Ausführungsbeispieles der Erfindung und
Fig. 3 ein Schaltbild eines Verstärkers, der durch eine Steuer- oder Kompansationsspannung von einer Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung stabilisiert ist.
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.6. H87396
Das In Flg. 1 dargestellte Auaftlhrungsbeiaplel der Erfindung enthält zwei Tranaletoren 10, 12. Der erste Tranaletor 10 arbeitet als degenerierter Verstärker In Emitterschaltung, seine Kollektorelektrode let Über «Inen eraten Wideratand mit einer Spelaeapannungaklemme 14 und seine Emitterelektrode Uher einen zweiten Wideretand 20 alt einer Bezugaspannungaklemrae 18 verbunden.
Der zweite Tranalstor 12 arbeitet In Kollektorschaltung, seine Kollektorelektrode let direkt alt der Speiseapannungsklemme 14 verbunden, während eeine Emitter· elektrode Über einen dritten Wideratand 22 mit der Bezugsapannungaklemme 18 verbunden ist. Die Emitterelektrode des Translators 12 iat außerdem mit der Baaiaelektrode des Transistors 10 und mit einer Auagangaklemme 24 verbunden, während die Kollektorelektrode des Tranaistora 10 außerdem mit der Basiselektrode des Transistors 12 verbunden ist.
Zwischen die Ausgangsklemme 24 und die Dezugsspannungsklemme 18 ist ein Verbraucher 26 geschaltet. Die Klemmen 14, 16 sind im Betrieb mit einer nichtdargesteilten Speisespannungsquelle verbunden. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hat der Widerstand 16 etv/a den gleichen Widerstandswert wie der Widerstand 20.
Wenn der vom Verbraucher 26 aufgenommene Strom zur Ausbildung des normalen V^-Spannungsabfallcs am Basis-Emitter-Übergang des Transistors 12 ausreicht, kann der Widerstand 22 entfallen. Unter "vorspannung" soll
9 0 9 8 4 4 / 1 3 4 f v '
hier die mittlere Basis-Emitter-Spannung eines Transistors verstanden werden, der als aktives Bauelement in einem Verstärker oder dgl» arbeitet. Bei Siliciumtransistoren ist V, e etwa 0,7 Volt, was innerhalb des Bereiches einer für Klasse-A-Verstärkung geeigneten V, -Spannung liegt.
Für die folgenden Erläuterungen wird vorausgesetzt, daß die Transistoren 10, 12 aus dem gleichen Halbleiterwerkstoff bestehen, wie es beispielsweise bei integrierten Schaltungen der Fall ist, so daß ihre V. -Spannungen gleich sind.
Wenn im Betrieb an den Klemmen 14, 18 eine Speisespannung richtiger Polarität und Größe liegt, liefert die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung zwischen den Klemmen 18, 24 eine Ausgangsspannung, die gleich der Hälfte der angelegten Speisespannung iüt. Dies kann wie folgt erklärt werden:
Im Gleichgewichtszustand ist die zwischen
den Klemmen IG, 24 auftretende Ausgangsspannung V„ gleich
der angelegten Speisespannung V_ abzüglich des Spannungs-
abfalles V.„ r am Widerstand 16 und der v. -Spannung des R16 be
Transistors 12, d.h.:
Va = Vs * VR16 * Vbel2 (l)
Der Spannungsabfall V-,«n am Widerstand 20 ist im Gleichgewichtszustand gleich der Ausgangsspannung V zwischen den Klemmen 18, 24 abzüglich der V. -Spannung
el DS
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Oopy
des Transistors 10, es gilt also:
ν = V - V
vR20 a vbel0
Da die Widerstände 16, 20 gleiche Widerstandswerte haben und von gleichen Strömen durchflossen werden, ist der Spannungsabfall ν«20 am Widerstand 20 gleich dem Spannungsabfall VR-wr am Widerstand 16 und VR,g kann in Gleichung (1) durch die Gleichung (2) ersetzt werden:
Va = Vs - Va + Vbel0 " Vbel2 ^) Wenn die V, e-Spannungen der Transistoren 10,
12 gleich sind, wie vorausgesetzt wurde, reduziert sich die Gleichung (3) zu:
va - ΊΓ— (4)
die zeigt, daß die durch die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung an den Verbraucher 26 gelieferte Spannung gleich der Hälfte der zwischen den Klemmen 14, 18 angelegten Speisespannung V0 ist.
Fig. 2 zeigt eine Schaltung einer gegenüber Fig. 1 etwas abgewandelten Ausführungsform der Erfindung. Diese Schaltung enthält wie Fig. 1 einen ersten Transistor 50, der als degenerierter Verstärker in Emitterschaltung arbeitet, und einen zweiten Transistor 32, der in Kollektorschaltung arbeitet. Die Ausgangselektrode des ersten Transistors ist jedoch bei Fig. 2 nicht wie in Fig. 1 direkt, sondern über eine Transistoren 34, j56, 38, 40 ent-
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OHO15VAL l\!f PiTOTED
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haltende Kopplungsschaltung mit der Eingangselektrode des zweiten Transistors gekoppelt.
Die in Fig. 2 dargestellte Schaltung enthält -beispielsweise sechs Transistoren. Die Kollektorelektrode des in degenerierter Emitterschaltung arbeitenden ersten Transistors 30 ist über einen ersten Widerstand 44 mit einer Speisespannungsklemme 42 verbunden, während die Emitterelektrode dieses Transistors 30 mit einer Bezugsspannungsklemme 46 über einen zweiten Widerstand 48 verbunden
ist. Der in Kollektorschaltung arbeitende Transistor 32 ist mit seiner Kollektorelektrode direkt mit der Klemme 42 verbunden, während seine Emitterelektrode über einen dritten Widerstand 50 mit einer Bezugsspannungsklemme 46 verbunden ist. Die Emitterelektrode des Transistors 32 ist außerdem mit der Basiselektrode des Transistors 30 und einer Ausgangsklemme 52 verbunden, an„die ein nichtdargestellter Verbraucher angeschlossen werden kann.
Die Kollektorelektrode des Transistors 30 ist außerdem mit der Basiselektrode des Transistors 32 über die Transistoren Jk, 36, 38, 40 verbunden, die mit dem Transistor 32 eine als "Darlington-Schaltung" bekannte Art von
ins
Kollektorschaltung bilden. Es ist/besondere die Kollektorelektrode des Transistors 30 mit der Basiselektrode des Transistors 34 verbunden, die Emitterelektrode des Transistors 34 ist mit der Basiselektrode des Transistors 36 verbunden, die Emitterelektrode des Transistors 36 ist mit der Basiselektrode des Transistors 38 verbunden, die Emitter-
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elektrode des Transistors 38 1st mit der Basiselektrode des Transistors 40 verbunden, die Emitterelektrode des Transistors 40 ist mit der Basiselektrode des Transistors 32 verbunden und die Kollektorelektroden der Transistoren ^i 36, 38, 40 sind an die Speisespannungsklemme 42 angeschlossen.
Bei dieser Transistorkopplung ist der mit
der Kollektorelektrode des Transistors 30 verbundene Widerstand fünfmal so groß wie der mit der Emitterelektrode dieses Transistors verbundene Widerstand 48.
Im Betrieb, also wenn zwischen den Klemmen 42, 46 eine Speisespannung geeigneter Größe und Polarität herrscht, stellt ein Gleichsgewichtszustand ein, bei dem die zwischen den Klemmen 46, 52 auftretende Ausgangsspannung V0 gleich der angelegten Speisespannung V abzüglich a s
des Spannungsabfalles Vp^1, am Widerstand 44 und der V. -
Spannungen der Transistoren 32, 34, 36, 40 ist:
Va = Vs " VR44 ~ Vbe32 " Vbe^4 *" Vbe}6 "* Vbe^8 " Vbe40 Der Spannungsabfall VR^g am Widerstand 48 ist im Gleichgewichtszustand gleich der Ausgangsspannung V0 zwischen
den Klemmen 46, 52 abzüglich der V, -Spannung des Transistors 30:
VR48 = Va -
Da der Widerstand 44 den fünffachen Widerstandswert wie der Widerstand 48 hat und da beide Widerstände vom gleichen
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Strom durchflossen werden, 1st der Spannungsabfall am Widerstand 44 fünfmal so groß wie der Spannungsabfall am Widerstand 48, so daß die Gleichung (6) mit fünf multipliziert und für Vt,j,j. in Gleichung (5) substituiert werden kann:
V=V- BV + *ϊ va vs DVa + 5
" Vbe40 (7)
Wenn die Transistoren JO, 32, 34, 36, 38, 40 aus dem gleichen Halbleitermaterial bestehen, wie es bei monolithischen Integrierten Schaltungen aus Silicium der Fall ist, sind die Vbe-Spannungen aller Transistoren gleich und die Gleichung (7] reduziert zu:
Va- -V (8)
Die Gleichung (8) zeigt also, daß die durch die Schaltung der Fig. 2 an den nichtdargestellten Verbraucher gelieferte Spannung an der Auegangsklemme 52 gleich dem sechsten Teil der zugeführten Speisespannung ist.
Andere Bruchteile (entsprechend einem Bruch mit ganzzahligem Nenner) der angelegten Speisespannung können als Ausgangsspannung erhalten werden, wenn man die Transistorkopplung zwischen der in Emitterschaltung arbeitenden Stufe und der in Kollektorschaltung arbeitenden Ausgangsstufe entsprechend wählt und das Verhältnis der Widerstandswerte des Kollektor- und Emitterwiderstandes in der in Emitterschaltung arbeitenden Stufe entsprechend
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wählt. Genauer gesagt kann eine Ausgangsspannung gleich dem (-..--.-—fachen der angelegten Speisespannung erzeugt werden, wenn man für die Kopplung zwischen den Transistoren 30, 32 N Kopplungstransformatoren verwendet und den Widerstandswert des Kollektorwiderstandes des Transistors J>0 gleich dem (N + l)-fachen des Widerstandwertes des Emitterwiderstandes dieser Stufe wählt. Um als Ausgangsspannung ein Drittel der Speisespannung zu erzeugen, verwendet man also in der Kopplungsschaltung einen Transistor und ein Widerstandsverhältnis von 2 : 1, eine Spannungsteilung von 1 : 4 erfordert zwei Kopplungstransistoren und ein Widerstandsverhältnis von 3 : 1 usw.
Bisher war angenommen worden, da« die Ausgangsspannung bei der in Fig. 2 dargestellten Schaltung zwischen den Klemmen 46, 52 abgenommen wird. Wenn man die Ausgangsspannung stattdessen zwischen den Klemmen 42 und 52 abnimmt, ist sie das (—tn)-fache der zugeführten Speisespannung. Wenn also N wie bei Fig. 2 den Wert 4 hat, ist die Ausgangsspannung V! zwischen den Klemmen 42, 52 gleich:
5V
Selbstverständlich gelten die allgemeinen
Ausdrücke ( ) und ( ) für das Verhältnis von Speisespannung zur Ausgangsspannung ebenfalls für die in Fig. 1 dargestellte Schaltung, bei der N gleich Null ist.
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Pig. 3 zeigt einen Transistorverstärker der oben erwähnten, bereits vorgeschlagenen Art, dessen Arbeitspunkt durch eine Kompensationsspannung stabilisiert ist, die ven einer Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 geliefert wird. Im folgenden soll angenommen werden, daß sowohl der Verstärker als auch die die Kompensationsspannung liefernde Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung in einem einzigen Halbleiterkörper gebildet sind und zu der gleichen integrierten Schaltung gehören oder diese bilden. Bei Fig. 3 wird die der Klemme 18 in Fig. 1 entsprechende Klemme durch Masse gebildet.
Der in dem Schaltbild der Fig. 3 enthaltene Verstärker enthält drei Transistoren 60, 62, 64. Der erste dieser Transistoren arbeitet in Kollektorschaltung, seine Kollektorelektrode ist direkt an die Speisespannungsklemme 14 angeschlossen, während seine Emitterelektrode Über einen Widerstand 66 mit Masse verbunden ist. Der zweite Transistor 62 arbeitet in Basisschaltung, seine Kollektorelektrode ist über einen Widerstand 68 mit der Speisespannungsklemme 14 gekoppelt, während seine Emitterelektrode über den Widerstand 66 mit Masse verbunden ist.
Der dritte Transistor 64 arbeitet in Kollektorschaltung, seine Kollektorelektrode ist direkt an die Klemme 14 angeschlossen und seine Emitterelektrode ist über einen Widerstand^ mit Masse verbunden. Die Basiselektrode des Transistors 60 ist über einen Leiter J2 mit einer
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Eingangsklemme 74 verbunden, während die Basiselektrode des Transistors 62 durch einen Kondensator 76 für Signalfrequenzen mit Masse verbunden ist. Der Kondensator 76 bildet normalerweise keinen Teil der integrierten Schaltung.
Die Kollektorelektrode des Transistors 62 ist mit der Basiselektrode des Transistors 64 verbunden, dessen Emitterelektrode über einen Leiter 78 mit einer Ausgangsklemme 80 verbunden ist, an die ein nichtdargesteliter Verbraucher angeschlossen werden kann. Gemäß dem erwähnten Vorschlag hat der Widerstand 68 den doppelten Widerstandswert wie der Widerstand 66, um den Verstärker möglichst unempfindlich gegen Speisespannungs- und Temperaturschwankungen zu machen.
Der oben beschriebene Verstärker besteht im wesentlichen aus einer emittergekoppelten Verstärkerstufe, die eine Kollektorschaltung arbeitende Stufe steuert. Im Betrieb werden also EingangsSignaIe an der Klemme 74 zuerst durch die Kombination der Transistoren 60, 62 und dann durch den Transistor 64 verstärkt, die verstärkten Signale erscheinen am Arbeitswiderstand 70 der in Kollektorschaltung arbeitenden Stufe und damit an der Ausgangsklemme 80. Um ein symmetrisches Arbeiten des Verstärkers zu gewährleisten, wird den Basiselektroden der Transistoren 60, 62 über Widerstände 82 bzw. 84, die gleiche Widerstandswerte haben, die an der Ausgangsklemme 24 erscheinende
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Ausgangsspannung der die Transistoren 10, 12 enthaltenden Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung zugeführt.
Die die Transistoren 10, 12 enthaltende Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung stabilisiert den Arbeitspunkt des Verstärkers gegen die Einflüsse von Speisespannungs- und Temperaturschwankungen wie folgt:
Es sei zuerst angenommen, daß die Größe der zwischen der Klemme 14 und Masse liegende! Speisespannung schwankt. Wenn die Vorspannung, die den Basiselektroden der Transistoren 60, 62 zugeführt wird, bei Schwankungen der Speisespannung konstant gehalten würde, träte eine Änderung der Ausgangsgleichspannung an der Kollektorelektrode des Transistors 62 auf, da der Strom durch den Transistor 62 praktisch konstant bliebe.
Wenn also die Spannung an der Klemme 14 um einen Betrag ^e absinkt (also weniger positiv wird), sinkt die Ausgangsspannung an der Kollektorelektrode des Transistors 62 entsprechend. Die Vorspannung an der Basiselektrode des Transistors 62 bleibt nicht konstant, sie fällt hingegen um einen Betrag . Der Grund hierfür liegt darin, daß die Vorspannung, die durch die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung an der Klemme 24 erzeugt wird, gemäß den obigen Gleichungen (1) bis (4) auf der Hälfte der zugeführten Speisespannung gehalten wird.
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Als Ergebnis fällt der Emitterstrom des Transistors 62 um Ae/2Rgg und seine Kollektorspannung steigt um (Ae R68^2R66* Die resultierende Spannungsänderung an der Kollektorelektrode des Transistors 62 ist dementsprechend £\e-, (Ae R6ß)/2R66 * dies lsfc SleicnzeitlS die resultierende Spannungsänderung an der Emitterelektrode des Transistors 64. Da der Widerstand 68 den doppelten Widerstandswert des Widerstandes 66 hat, is t die resultierende Spannungsänderung an der Emitterelektrode des Transistors 64 gleich Null. Mit IW und Rgg sind hier und im folgenden die Widerstandswerte der Widerstände 66, 68 bezeichnet.
Ähnliche Überlegungen zeigen, daß die resultierende Spannungsänderung an der Emitterelektrode des Transistors 64 auch dann Null ist, wenn die Spannung an der Klemme 14 stiegt. In beiden Fällen wird also die bei Schwankungen der Speisespannung auftretende Änderung der Spannung an der Kollektorelektrode des Transistors 62 durch eine entsprechende Änderung der Basisvorspannung dieses Transistors kompensiert. Der Verstärker arbeitet weiter symmetrisch, da dieselbe Vorspannungsänderung an der Basiselektrode des Transistors 60 auftritt.
Es sei nun auf die Einflüsse von Temperaturschwankungen eingegangen. Eine Temperaturänderung beeinflußt die V.-Spannung zwischen den Emitterelektroden und Basiselektroden der Transistoren 10, 12, 60, 62, 64. Da
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diese fünf Transistoren aus dem gleichen Halbleitermaterial bestehen sollen, wie es bei einer monolithischen integrierten Schaltung der Pail ist, werden die Vbe-Spannungen im gleichen Sinne und im gleichen Maße beeinflußt. Die Gleichungen (3) und (4) zeigen, daß die durch die Schaltungsanordnung an der Klemme 24 erzeugte Ausgangsspannung und dan it die den Basiselektroden der Transistoren 60, 62 zugeführte Vorspannung praktisch gleich der Hälfte der Speisespannung zwischen der Klemme 14 und Masse bleibt und praktisch temperaturunabhängig ist. Angenommen durch eine Temperaturänderung werde die V, -Spannung der Transistoren 60, 62 um ^Wbe geändert und der diese Transistoren durchfließende Strom ändere sich dadurch um Z\i· Dann gilt:
R66
Die Änderung der Kollektorspannung des Transistors 62 ist dann:
- ^1 R
68
Setzt man (11) in (12) ein, so erhält man:
c 2R66
Die Spannungsänderung an der Emitterelektrode des Transistors 64 ist Cü/ - Av. oder:
C D6
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e68 ,Δ = 1
2R66 be be 2R66
Da Rgg = 2Rgg ist, ist die resultierende Spannungsänderung an der Emitterelektrode des Transistors 64 gleich Null. Die gilt offensichtlich sowohl für einen Temperaturanstieg als auch für einen Temperaturabfall.
Ein wichtiges Merkmal der in den Fig. 1, 2 und 3 dargestellten Schaltungsanordnungen gemäß der Erfindung besteht darin, daß die Genauigkeit, mit der die Ausgangsspannung auf dem ( —τ= ^- )-fachen bzw. dem ( )-
fachen Wert der Speisespannung gehalten wird und dementsprechend die Stabilität und Symmetrie der Schaltungsanordnungen, die durch diese Ausgangsspannungen kompensiert werden, in erster Linie vom Verhältnis des Kollektorwiderstandes und des Emitterwiderstandes des als degenerierter Verstärker in Emitterschaltung arbeitenden Transistors ist und praktisch nicht von den Absolutwerten dieser Widerstände abhängt. Dies ist besonders für die Herstellung integrierter Schaltungen von Bedeutung, da das Verhältnis dieser beiden Widerstände, die zugleich hergestellt werden, leicht eingehalten werden kann, während es wesentlich schwieriger ist, bestimmte Absolutwerte zu erreichen. Ein bestimmtes Herstellungsverfahren liefert also weniger Ausschuß, wenn es nur auf das Verhältnis von Bauelementen als auf deren Absolutwerte ankommt.
909844/1347 ORiGiMAL inspected
Es sei abschließend darauf hingewiesen, daß die Schaltungen gemäß der Erfindung nicht durch einen gewöhnlichai Widerstandsspannungsteiler ersetzt werden können. Bei dem in Fig. 1 dargestellten typischen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Ausgangsimpedanz Ze der Schaltung durch die folgende Gleichung gegeben:
wobei g die Steilheit des Transistors 12 ist. Die Ausgangslmpedanz Ze liegt hier in der Größenordnung von 20 Ohm und
ein Widerstandsspannungsteuer mit einer so niedrigen Ausgangs impedanz würde einen (iuerstrom erfordern, der für die bei integrierten,Schaltungen verwendeten Spannungsquellen und Verlustleistungen indiskutabel hoch wäre.
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ORiGiMAL INSPECTED

Claims (1)

  1. Fatentansprüche
    1. Schaltungsanordnung zum Erzeugen einer
    Steuer- oder Kompensationsspannung oder zur Spannungsteilung, gekennzeichnet durch einen als degenerierten Verstärker in Emitterschaltung arbeitenden ersten Transistor (10, J>0), dessen Kollektorelektrode einerseits mit einem ersten Widerstand (16, 44), der den (N + I)-fachen Widerstandswert eines mit der Emitterelektrode dieses Transistors verbundenen zweiten Widerstandes (20, 48) hat, und andererseits mit der Basiselektrode eines in Kollektorschaltung arbeitenden und mit einem eine Ausgangsspannung liefernden Ausgangskreis (24, 52) verbundenen zweiten Transistors (12, j52) über eine N weitere Transistoren (34, 36, 38, 40) enthaltende Kopplungsschaltung verbunden ist, und dessen Basiselektrode mit der Emitterelektrode des zweiten Transistors (12, 32) gekoppelt ist.
    2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, d adurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung zwischen der Emitterelektrode des zweiten Transistors (12, 32) und dem der Emitterelektrode des ersten Transistors (10, 32) abgewandten Klemme des zweiten Widerstandes (20, 48) abgenommen ist und gleich dem ( —-—)„ fachen der Speisespannung (14-18, 42-46) ist.
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    j5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung zwischen der Emitterelektrode des zweiten Transistors (12, 32) und dem dem Kollektorelektrode des ersten Transistors (10, ^O) abgewandten Klemme (14, 42) des ersten Widerstandes (16, 44) abgenommen wird und gleich dem (—)-fachen der Speisespannung (14-18, 42-46) ist.
    4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, da-, durch gekennzeichnet, daß der erste Widerstand (16) zwischen die Kollektorelektrode des ersten Transistors (10) und eine erste Speisespannungsklemme (l4) geschaltet ist, daß der zweite Widerstand (20) zwischen die Emitterelektrode des ersten Transistors und eine zweite Speisespannungsklemme (l8) geschaltet ist und wenigstens annähernd den gleichen Widerstandwert hat als der erste Widerstand, daß die Kollektorelektrode des zweiten Transistors (12) mit der ersten Klemme (14) verbunden ist, daß zwischen die Emitterelektrode des zweiten Transistors (14) und die zweite Klemme (18) ein dritter Widerstand (22) geschaltet ist, daß die Kollektorelektrode des ersten Transistors ohne Zwischenschaltung eines weiteren Transistors mit der Basiselektrode des zweiten Transistors (12) gleichstromgekoppelt ist und daß die Emitterelektrode des zweiten Transistors mit der Basiselektrode des ersten Transistors gleichstromgekoppelt ist.
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    O INSPECTED
    5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungsschaltung N Transistoren (34, 36, 38, 40) enthält, deren Kollektorelektroden mit einer ersten Betreibsspannungsklemme (42) verbunden sind, daß die Kollektorelektrode des ersten Transistors (30) mit der Basiselektrode des ersten der N Transistoren der Kopplungsschaltung gleichstromgekoppelt ist, daß die Basiselektrode des zweiten Transistors (32) mit der Emitterelektrode des letzten (40) der N Transistoren gleichstromgekoppelt ist, daß die Emitterelektroden der ersten N-I Transistoren (34, 36, 38) der Kopplungsschaltung jeweils mit der Basiselektrode des folgenden Transistors (36, 38, 40) der Kopplungsschaltung gleichstromgekoppelt sind, daß der ersten Widerstand (44) zwischen die Kollektorelektrode des ersten Transistors (30) und die erste Speisespannungsklemme (42) geschaltet ist, daß der zweite Widerstand (48) zwischen die Emitterelektrode des ersten Transistors (30) und eine zweite Speisespannung skiemme (46) geschaltet ist, daß die Kollektorelektrode des zweiten Transistors (32) mit der ersten Klemme (42) gleichstromgekoppelt ist, daß ein dritter Widerstand (50) zwischen die Emitterelektrode des zweiten Transistors (32) und die zweite Speisespannungsklemme (46) geschaltet ist und daß zwischen der Emitterelektrode des zweiten Transistors (32) und der zweiten Betriebsspannungsklemme (46)
    eine Ausgangs spannung abgenommen ist, die das ( ■ ■ )-
    fache der Speisespannung zwischen den Klemmen (42, 46) ist.
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    6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungsschaltung vier Transistoren (^4, 36, 38, 40) enthält (N = 4).
    7. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Einstellung und Stabilisierung eines gewünschten Arbeltspunktes eines Transistorverstärkers g ekennzeichnet durch einen ersten Transistor (10), dessen Kollektorelektrode Über einen ersten Widerstand (l6) mit einer ersten Speisespannungsklemme (14) verbunden ist und dessen Emitterelektrode über einen zweiten Widerstand (20), der wenigstens annähernd den gleichen Widerstandswert hat wie der erste Widerstand (l6), mit einer zweiten Speisespannungsklemme (Masse) verbunden ist« daß die Kollektorelektrode des zweiten Transistors mit der ersten Speisespannungsklemme (14) verbunden ist, daß zwischen die Emitterelektrode des zweiten Transistors (12) und die zweite Speisespannungsklemme ein dritter Widerstand (22) geschaltet ist, daß die Kollektorelektrode des ersten Transistors (10) mit der Basiselektrode des zweiten Transistors (12) gleichspannungsgekoppelt ist, daß die Emitterelektrode des zweiten Transistors (12) mit der Basiselektrode des ersten Transistors (10) gleichspannungsgekoppelt ist, und daß zwischen der Emitterelektrode des zweiten Transistors (12) und der zweiten Speisespannungsklemme (Masse) eine Ausgangsspannung mit niedriger Quellenimpedanz abgenommen ist, die den Arbeitspunkt des Verstärkers (60, 62, 64) bestimmt und stabil hält. 909844/1347
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    8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, da durch gekennzeichnet, daß die Ausgangs impedanz an der Emitterelektrode des zweiten Transistors durch die Gleichung
    gegeben ist, wobei g die Steilheit des zweiten Transistors (12) ist.
    9. Schaltungsanordnung mit einem Verstärker in Form einer integrierten Schaltung, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennze lehnet durch einen Eingangstransistor (60), dessen Kollektorelektrode mit einer ersten Speisespannungsklemme (14) direkt verbunden ist, dessen Emitterelektrode über einen Kopplungswiderstand (66) mit einer zweiten Speisespannungsklemme (Masse) verbunden ist und dessen Basiselektrode direkt mit den zu verstärkenden Eingangssignalen gespeist ist, einen Zwischentransistor (62), dessen Kollektorelektrode über einen Arbeitswiderstand (68), der im wesentlichen den doppelten Widerstandswert hat wie der Kopplungswiderstand (66) mit der ersten Speisespannungsklemme (l4) verbunden ist, dessen Emitterelektrode mit der zweiten Speisespannungsklemme über den Kopplungswiderstand (66) verbunden ist, einen Ausgangstransistor (64), dessen Kollektorelektrode direkt mit der ersten Klemme (14) verbunden ist, dessen Emitterelektrode über einen Ausgangswiderstand (70) mit der zweiten Klemme (Masse) ver-
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    bunden ist und dessen Basiselektrode mit der Kollektor« elektrode des Zwischentransistors (62) direkt verbunden ist, durch zwei weitere Transistoren (10, 12), von denen der erste- (10) mit seiner Kollektorelektrode über einen ersten V/iderstand (16) mit der ersten Klemme (14) und mit seiner Emitterelektrode über einen zweiten Widerstand (20), der im wesentlichen den gleichen Widerstandswert hat wie der erste Widerstand, mit der zweiten Speisespannungsklemme verbunden ist, durch eine Gleichstromverbindung von der Kollektorelektrode des zweiten Transistors (12) zur ersten Klemme (l4), einen zwischen die Emitterelektrode des zweiten Transistors (12) und die zweite Speisespannungsklemme (Masse) geschalteten dritten Widerstand (22), eine Gleichstromverbindung von der Kollektorelektrode des ersten Widerstands (10) zur Basiselektrode des zweiten Transistors (12), eine Gleichstromverbindung von der Emitterelektrode des zweiten Transistors (12) zur Basiselektrode des ersten Tranaistors (10), eine Ausgangsschaltung (24) zur Abnahme einer Ausgangsspannung, die gleich der Hälfte der Speisespannung zwischen der ersten und der zweiten Speisespannungsklemme (14, Masse) ist und zwischen der Emitterelektrode des zweiten Transistors und der zweiten Klemme mit niedriger Impe« danz abgenommen wird, und durch einen vierten und einen fünften Widerstand (82,84), die wenigstens annähernd gleiche V/iderstandswerte haben und die Ausgangs spannung den Basis-
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    elektroden des Eingangs- und Zwischentransistors (60, 62) als Vorspannung zuführen (Fig. 3)·
    10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß alle Transistoren und Widerstände in einer einzigen monolithischen Halbleitereinrichtung gebildet sind.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2349462A1 (de) * 1972-10-03 1974-04-11 Motorola Inc Stabilisationsschaltung fuer einen konstanten strom

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3440351A (en) * 1966-09-09 1969-04-22 Bell Telephone Labor Inc Telephone transmitter circuit employing variable capacitance microphone
US3544816A (en) * 1967-09-18 1970-12-01 Honeywell Inc Electric current converting circuit
US3544815A (en) * 1967-09-18 1970-12-01 Honeywell Inc Electric current converting circuit
US3534245A (en) * 1967-12-08 1970-10-13 Rca Corp Electrical circuit for providing substantially constant current
US3460049A (en) * 1967-12-15 1969-08-05 Rca Corp Single ended and differential stabilized amplifier
US3573504A (en) * 1968-01-16 1971-04-06 Trw Inc Temperature compensated current source
US3577167A (en) * 1968-02-29 1971-05-04 Rca Corp Integrated circuit biasing arrangements
US3529256A (en) * 1968-10-07 1970-09-15 Texas Instruments Inc Integrated band-pass filter
US3942046A (en) * 1970-07-24 1976-03-02 Rca Corporation Low output impedance voltage divider network
US3651347A (en) * 1970-09-28 1972-03-21 Rca Corp Signal translating stage providing direct voltage translation independent of supplied operating potential
US3731181A (en) * 1972-04-12 1973-05-01 Motorola Inc Improved reference current source
US3743850A (en) * 1972-06-12 1973-07-03 Motorola Inc Integrated current supply circuit
US3761801A (en) * 1972-09-05 1973-09-25 Rca Corp Micropower, low-voltage, regulator circuits
US3886435A (en) * 1973-08-03 1975-05-27 Rca Corp V' be 'voltage voltage source temperature compensation network
US3996462A (en) * 1975-06-23 1976-12-07 Nasa Solid-state current transformer
US4329598A (en) * 1980-04-04 1982-05-11 Dbx, Inc. Bias generator
IT1162859B (it) * 1983-05-12 1987-04-01 Cselt Centro Studi Lab Telecom Circuito di polarizzazione per circuiti integrati bipolari multifunzione

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3089098A (en) * 1962-01-10 1963-05-07 John B Noe Stabilized transistor amplifier
US3246233A (en) * 1962-05-11 1966-04-12 Gen Precision Inc Current regulator

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2349462A1 (de) * 1972-10-03 1974-04-11 Motorola Inc Stabilisationsschaltung fuer einen konstanten strom

Also Published As

Publication number Publication date
BE690353A (de) 1967-05-02
DE1487396B2 (de) 1970-08-13
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NL150632B (nl) 1976-08-16
SE338070B (de) 1971-08-30
US3383612A (en) 1968-05-14
NL6616714A (de) 1967-05-30
GB1169521A (en) 1969-11-05

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