DE1944027B2 - Schaltungsanordnung fuer einen differentverstaerker in inte grierter bauweise - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung werden aus den ebenfalls eng benachbarten Tranfür einen monolithisch integrierten, das Prinzip glei- sistoren gleicher geometrischer Form Tl und T 2 gecher Eigenschaften eng benachbarter Transistoren bildet. Dabei handelt es sich um PNP-Transistoren, gleicher geometrischer Form ausnutzenden Differenz- die mit ihren Emittern gemeinsam an eine Betriebsverstärker mit das gleiche Prinzip ausnutzenden late- 5 Spannungsquelle U_B geführt sind. Die Basis der ralen PNP-Transistoren als Arbeitswiderstände zur aktiven Arbeitswiderstände Π und Γ 2 wird vom Gegentakt-Eintakt-Umsetzung. Punkt Kl mittels des Kollektorstroms des Tran-

Die Auswahl der Verstärkerschaltungen, die in sistors T 3 des Differenzverstärkers angesteuert. Im integrierten Halbleiterschaltungen angewendet wer- Ruhezustand der Anordnung wird sich eine Symmeden können, ist durch die galvanische Kopplung und io trie in beiden Zweigen ausbilden, so daß der KoI-das Fehlen von Kondensatoren bestimmt. Eintakt- lektorstrom des Transistors Tl gleich dem Kollektorverstärker haben eine schlechte Temperaturstabilität, strom des Transistors Γ 2 ist. In diesem Fall fließt da bei ihnen der Absolutwert der stark temperatur- also über den Lastwiderstand R_L kein Strom. Steht abhängigen Schleusenspannung der Basis-Emitter- aber am Eingang des Differenzverstärkers ein Signal strecke der Transistoren mit verstärkt wird. Des- 15 an, so wird die Symmetrie im linken Ast gestört, und wegen hat sich als Standardverstärker der Differenz- es muß, damit der Emitterstrom über den Emitter verstärker in der integrierten Schaltungstechnik ein- des Transistors T 4 des rechten Astes gleich dem geführt. Die Güte eines solchen Differenzverstärkers Emitterstrom des Transistors T 3 des linken Astes hängt nun von der Symmetrie bezüglich des physi- ist, ein Strom über den Lastwiderstand R_L fließen, kaiischen Verhaltens beider verwendeter Systeme 20 Die annähernd ideale Bedingung gilt aber nur, ab. Schon bei der Röhrentechnik hat man deshalb wenn die Stromverstärkung der aktiven Arbeits-Differenzverstärker mittels Doppeltrioden aufgebaut, widerstände, d. h. die Stromverstärkung der Tranda eine solche Doppel triode im gleichen Herstellungs- sistoren Tl und T 2, einen Wert von ß>50 hat. In verfahren hergestellt wurde und deshalb physikalisch einem solchen Falle sind nämlich die Basisströme nahezu die gleichen Eigenschaften aufwies. Bei der 25 des steuernden und des gesteuerten Transistors verintegrierten Technik und besonders bei der Ausnut- nachlässigbar klein, und die Basisströme beider Tranzung des Prinzips gleicher Eigenschaften von eng sistoren können im vorliegenden Fall am Punkt Kl benachbarten, monolithisch integrierten Transistoren keine Unsymmetrie der Anordnung hervorrufen, gleicher geometrischer Form wurde die Möglichkeit In monolithisch integrierter Technik stehen als geschaffen, gleiche physikalische Bedingungen in bei- 30 PNP-Transistoren nur laterale Transistoren zur Verden Systemen eines so aufgebauten Differenzverstär- fügung, die eine zu geringe Stromverstärkung haben, kers zu erhalten. Weiter bot sich bei der integrierten Die Basisströme beider Transistoren weisen deshalb Technik die Möglichkeit an, die für eine hohe Ver- einen Wert auf, der berücksichtigt werden muß und Stärkung notwendigen Arbeitswiderstände des Dif- der am Punkt Kl eine Unsymmetrie hervorruft. Am ferenzverstärkers durch aktive Arbeitswiderstände, 35 Punkt Kl fließt nämlich in diesem Fall nicht nur d. h. also Transistoren, zu ersetzen, um den hohen der Kollektorstrom des Transistors Tl, sondern ein Gleichspannungsbedarf ohmscher Widerstände zu Strom, der aus der Summe des Kollektorstromes des vermeiden. Um die Gleichheit der physikalischen Transistors Tl plus der Basisströme der Transisto-Eigenschaften der Arbeitswiderstände zu erreichen, ren Tl und Γ 2 besteht. Durch diese Unsymmetrie wurde wiederum das schon oben beschriebene Prm- 4° entsteht im Ruhezustand ein nicht gewünschtes Auszip gleicher Eigenschaften verwendet. Die Verwen- gangssignal.

dung von aktiven Arbeitswiderständen bringt noch Die vorliegende Erfindung stellt sich nun die Aufeinen weiteren Vorteil mit sich, der darin liegt, daß gäbe, eine Anordnung anzugeben, die unter Verwenmit Hilfe dieser aktiven Arbeitswiderstände eine dung von lateralen PNP-Transistoren als aktive Gegentakt-Eintaktumsetzung vorgenommen wird, 45 Arbeitswiderstände eines Differenzverstärkers diese die oft wünschenswert ist, da man das Ausgangs- Unsymmetrie vermeidet. Diese Aufgabe wird nach signal hinter dem Verstärker nur an einem ein- der Erfindung dadurch gelöst, daß zur Ansteuerung poligen Signalausgang in bezug auf ein Festpotential der Basis der die Arbeitswiderstände bildenden Tranhaben will. sistoren ein aus zwei Transistoren bestehender Hilfs-In der Zeitschrift Regelungstechnik, 17. Jahrgang, 50 differenzverstärker vorgesehen ist und wobei die 1969, im Heft 1 auf der Seite 14, ist im Bild 13 b Basis des einen Transistors des Hilfsdifferenzverstäreine solche Schaltungsanordnung für einen Differenz- kers mit dem einen Ausgang des Differenzverstärkers verstärker mit Gegentakt-Eintaktumsetzung dar- und die Basis des anderen Transistors des Hilfsgestellt. Da diese Schaltungsanordnung als Aus- differenzverstärkers mit einer Referenzspannungsgangspunkt der vorliegenden Erfindung genommen 55 quelle verbunden ist und wobei der Abgriff für das werden soll, wird an Hand der F i g. 1 die Wirkungs- verstärkte Ausgangssignal am anderen Ausgang des weise der bekannten Schaltungsanordnung näher be- Differenzverstärkers vorgesehen ist. schrieben. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung bringt Der Differenzverstärker besteht aus den eng be- den Vorteil mit sich, daß die Basisströme der latenachbarten Transistoren T 3 und Γ 4. Der Eingang 60 ralen PNP-Transistoren nicht mehr die Symmetrie des Differenzverstärkers besteht aus den Eingangs- der Schaltung beeinträchtigen können, da durch das klemmen £1, El, die jeweils an die Basis der Tran- Einfügen des Hilfsdifferenzverstärkers die Stromsistoren Γ 3 bzw. Γ 4 geführt sind. Den Emittern bei- belastung am Punkt Kl um den Verstärkungsfaktor der Transistoren wird ein Strom J_E eingeprägt, so daß dieses Verstärkers verringert wird, im Ruhezustand der Kollektorstrom beider Tran- 65 An Hand der F i g. 2 soll nun ein Ausführungssistoren, bedingt durch das obengenannte Prinzip beispiel der Erfindung erläutert werden. Wie bei der gleicher Eigenschaften, ebenfalls gleich ist. Die schon unter F i g. 1 beschriebenen Schaltungsanordaktiven Arbeitswiderstände des Differenzverstärkers nung besteht der Differenzverstärker aus den Tran-

sistoren Γ3 und 74 mit den Differenzeingängen El und E 2. Als aktive Arbeitswiderstände des Differenzverstärkers dienen die lateralen PNP-Transistoren 71 und 72. Beide Transistorenpaare sind als monolithisch integrierte, eng benachbarte Transistoren gleicher geometrischer Form hergestellt. Den Emittern der Transistoren T3,T4 des Differenzverstärkers wird der Konstantstrom J_El eingeprägt, der sich auf beide Zweige aufteilt, so daß sich an dem Kollektor des Transistors 72 der gleiche Strom ausbildet, wie am Kollektor des Transistors Γ 3. Die Basis der Transistoren Tl und T 2 wird über einen Hilfsdifferenzverstärker, der aus den Transistoren Γ 5 und 76 besteht, angesteuert. Dieser Verstärker wird vom Punkt K1 angesteuert. Den in bekannter Weise miteinander verbundenen Emittern dieses Verstärkers ist ein Konstantstrom J_{E 2} eingeprägt. Die Basis des Transistors 7 6 wird mit einer Referenzspannungsquelle U_Rei verbunden.

In Abhängigkeit der Ansteuerung von Punkt Kl liefert der Kollektor von 76 den Basisstrom für die lateralen PNP-Transistoren Tl, T2.

Der einpolige Ausgang U_A des Differenzverstärkers ist über einen Lastwiderstand R_L mit der Referenzspannungsquelle U_Re, verbunden.

Im Ruhezustand der Schaltung entsprechen die Kollektorströme der Transistoren 73 und 74 einander, so daß über den Lastwiderstand R_L kein Strom fließt.

Tritt aber am Eingang des Differenzverstärkers an den Klemmen El und E2 ein Gegentaktsignal auf, so fließt auf Grund der erzwungenen Symmetriebedingungen ein Strom durch den Lastwiderstand R_L, der am Ausgang U_A ein Signal erzeugt, das linear dem Gegentakteingangssignal entspricht und auf ein Eintaktsignal umgesetzt wurde, das am Lastwiderstand R_L abgenommen werden kann.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Schaltungsanordnung für einen monolithisch integrierten, das Prinzip gleicher Eigenschaften eng benachbarter Transistoren gleicher geometrischer Form ausnutzenden Differenzverstärker mit das gleiche Prinzip ausnutzenden lateralen PNP-Transistoren als Arbeitswiderstände zur Gegentakt-Eintakt-Umsetzung, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ansteuerung der Basis der die Arbeitswiderstände bildenden Transistoren (71, 72) ein aus zwei Transistoren (75, 76) bestehender Hilfsdifferenzverstärker vorgesehen ist und wobei die Basis des einen Transistors (75) des Hilfsdifferenzverstärkers mit dem einen Ausgang (Kl) des Differenzverstärkers und die Basis des anderen Transistors (76) des Hilfsdifferenzverstärkers mit einer Referenzspannungsquelle (Ufyf) verbunden ist und wobei der Abgriff für das verstärkte Ausgangssignal am anderen Ausgang des Differenzverstärkers (K 2) vorgesehen ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen