DE1944027C

DE1944027C - Circuit arrangement for a differential amplifier in an integrated design

Info

Publication number: DE1944027C
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Ing 8000 Mun chen Duck (verstorben)
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Publication date: 1972-06-15

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung werden aps den ebenfalls eng benachbarten Tranfür einen monolithisch integrierten, das Prinzip glei- sistoren gleicher geometrischer Form Tl und Tl 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 t/₀ geführt sind. Die Basis' der ralen PNP-Transistoren als Arbeitswiderstände zur· aktiven Arbeitswiderstände Tl und Tl wird vum Gegentakt-Eintakt-Umsetzung. Punkt Kl mittels des Kollektorstroms des Tran-The invention relates to a circuit arrangement, the aps also closely adjacent Tranfür an integrated monolithically, the principle same sistoren same geometric shape Tl and Tl gecher properties closely adjacent transistors forms. These are PNP transistors, using the same geometrical shape and using the difference - their emitters are jointly led to an operational amplifier with a late voltage source t / ₀ which uses the same principle. The base 'of the eral PNP transistors as load resistors for the active load resistors · Tl and Tl is vum push-pull single-ended conversion. Point Kl by means of the collector current of the

Die Auswahl der Verstärkerschaltungen, die in sistors Γ 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- tektors?>Om des Transistors Tl gleich dem Kollektorverstärker haben eine schlechte Temperaturstabilität, strom des Transistors Tl ist. In diesem Fall fließt da bei ihnen der Absolutwert der stark temperatur- also über den Testwiderstand R_L kein Strom. Steht abhängigen Schleusenspannung der Basis-Emitter- aber am Eingang des Differenzverstärkers ein Signal strecke der Transistoren mit verstärkt wird. Des- i& an, so wird die Symmetrie im linken Ast gestört, und wegen hat sich als Staaiardverstärker der Differenz- es muß, damit der Emitterstrom über den Emitter Verstärker in der integrierten Schaltungstechnik ein- des Transistors Γ4 des rechten Astes gleich dem geführt. Die Güte eines solchen Differenzverstärkers Emitterstrom des Transistors 73 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 ao Die annähernd ideale Bedingung gilt aber nur, ab. Schon bei der Röhrentechnik hat man deshalb wenn die Stromverstärkung der aktiven Arbeits-Differenzverstärker mittels Doppeltriodf η aufgebaut, widerstände, d. h. die Stromverstärkung der Tranda eine solche Doppeltriode im gleichen Herstellungs- sistoren T1 und Tl, einen Wert von B > 50 hat. In verfahren hergestellt wurde und deshalb physikalisch einem solchen Falle sind nämlich die Basisströme nahezu die gleichen Eigenschaften aufwies. Bei der as 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 K1 benachbarten, monolithisch integrierter Transistoren keine Unsymmetrie der Anordnung hervorrufen,
gleicher geometrischer Form wurde die Möglichkeit In monolithisch integrierter Technik stehen alsThe selection of the amplifier circuits that are controlled in sistor Γ 3 of the differential amplifier. In the integrated semiconductor circuits, a symmetry will be able to develop in the integrated semiconductor circuits, is formed by the galvanic coupling and io trie in both branches, so that the KoI determines the absence of capacitors. Eintakt- tektors?> Om of the transistor Tl equal to the collector amplifier have a poor temperature stability, current of the transistor Tl is. In this case, the absolute value of the high temperature, i.e. no current flows through the test resistor R _L. There is a dependent lock voltage of the base-emitter but at the input of the differential amplifier a signal stretch of the transistors is amplified. Because of this, the symmetry in the left branch is disturbed, and because of this, as a staaiard amplifier, the difference has to be, so that the emitter current through the emitter amplifier in the integrated circuit technology is the same as the transistor Γ4 of the right branch. The quality of such a differential amplifier emitter current of the transistor 73 of the left branch now depends on the symmetry with respect to the physical, a current flowing through the load resistor R _L ,
kaiischen behavior of both systems used ao The approximately ideal condition is only valid, ab. Even in tube technology, if the current amplification of the active working differential amplifier is built up by means of double triodes, resistances, ie the current amplification of the Tranda such a double triode in the same production transistors T1 and T1 , has a value of B > 50. It was produced in a process and therefore physically in such a case, namely the base currents exhibited almost the same properties. With the as of the controlling and the controlled transistor integrated technology and especially with the Ausnut - negligibly small, and the base currents of both transposition of the principle of the same properties of tight transistors cannot in the present case at point K1 adjacent, monolithically integrated transistors cause any asymmetry of the arrangement,
the same geometric shape was the possibility to stand in monolithically integrated technology as

geschaffen, gleiche physikalische Bedingungen in bei- 30 PNP-Transistoren nur laterale Transistoren zur Vsrden 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 K1 eine Unsymmetrie hervorruft. Am ferenzverstärkers durch aktive Arbeitswiderstände, 35 Punkt K1 fließt nämlich in diesem tall nicht nur d. h. also Transistoren, zu ersetzen, um den hohen der Kollektorstrom des Transistors 7*1, sondern ein Gleichspannungsbedarf ohmschei Widerstände zu Strom, der aus der Summe des Kollektorstromes des vermeiden. Um die Gleichheit der physikalischen Transistors Γ1 plus der Basisströme der Transisto-Eigenschaften der Arbeitswiderstände zu erreichen, ren Tl und Tl besteht. Durch diese Unsymmetrie wurde wiederum das schon oben beschriebene Prin- 40 entsteht im Ruhezustand ein nicht gewünschtes Aus- zip gleicher Eigenschaften verwendet. Die Verwen- gangssignal.created to maintain the same physical conditions in both PNP transistors, only lateral transistors for Vsrden systems of a differential amplification constructed in this way, which have too little current gain. Further, in the integrated, the base currents of both transistors therefore have technique the possibility of the value for a high prohibition on itself, which must be taken into account and strengthening necessary load resistors of the dif- causes the point K1 on an asymmetry. At the reference amplifier through active load resistors, 35 point K1 flows in this tall not only ie transistors to replace the high collector current of transistor 7 * 1, but a DC voltage requirement ohmic resistors to avoid current, which is the sum of the collector current . In order to achieve the equality of the physical transistor Γ1 plus the base currents of the transistor properties of the load resistors, ren Tl and Tl exist. As a result of this asymmetry, the principle already described above was used, in the idle state, an undesired excerpt of the same properties. The used signal.

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-The present invention now has a further advantage, which is that it would be possible to specify an arrangement which, using these active load resistors, makes lateral PNP transistors active Push-pull-single-ended conversion is carried out, 45 load resistances of a differential amplifier these which is often desirable because one avoids the initial asymmetry. This task is after signal behind the amplifier only on one of the invention solved that for control pole signal output with respect to a fixed potential on the basis of which the load resistors forming Tranhaben want. an auxiliary consisting of two transistors

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 Oegentakt-Eintaktumsetzung dar- und die Basis des anderen Transistors des Hilfs gestellt. Da diese Schaltungsanordnung als Aus- differenzverstärkers mit einer Referenzspannungsgangspunkt der vorliegenden Erfindung genommen 5$ quelle verbunden ist und wobei der Abgriff für das werden soll, wird an Hand der Fi g. 1 die Wirkung*- verstärkte Ausgangssignal am anderen Ausgang des weise der bekannten Schaltungsanordnung näher be- Differenzverstärken vorgesehen ist schrieben. Die erflndungsgemäße Schaltungsanordnung bringt In the magazine Regelstechnik, Volume 17, 50 differential amplifiers are provided and the 1969, in issue 1 on page 14, is in Fig. 13 b the basis of one transistor of the auxiliary differential amplifier such a circuit arrangement for a differential amplifier with one output of the differential amplifier amplifier with open-ended single-ended conversion and the base of the other transistor of the auxiliary provided. Since this circuit arrangement, as a differential amplifier, is connected to a reference voltage starting point of the present invention and where the tap for this is to be used, FIG. 1 the effect * - amplified output signal at the other output of the known circuit arrangement in more detail as differential amplification is provided. The circuit arrangement according to the invention brings

Der Differenzverstärker besteht aus den eng be- den Vorteil mit sich, daß die BasisstrSme der latenachbarten Transistoren 73 und 74. Der Eingang βο ralen PNP-Transistoren nicht mehr die Symmetrie de» Differenzverstärker» besteht aus den Eingangs- der Schaltung beeinträchtigen können, da durch das klemmen Bt,B1, die jeweils an die Basis der Tran- Einfügen des Hilfsdifferenzventärken die Strom· sistoren 73 bzw. 74 geführt sind. Den Emittern bei- belastung am Punkt Al um den Verstärkungsfaktor der Transistoren wird ein Strom J_n eingeprägt, so daß dieses Verstärkers verringert wird, im Ruhezustand der Kollektorstram beider Tran- «s An Hand der Fig.2 soll nun ein Ausführung»· sinteren, bedingt durch das obengenannte Prinzip belspiel der Erfindung erläutert werden, Wie bei der gleich« Eigenschaften, ebenfalls deich ist. Die schon unter Flg. 1 beschriebenen Schallungsanord- «ktivon Arbetawidersttimle des Differenzverstärker» nung besteht der Differenzverstärker aus den Tran·The differential amplifier consists of the closely related advantage that the base currents of the adjacent transistors 73 and 74 that clamp Bt, B1, each of which is led to the base of the transistors 73 and 74, respectively. A current J _{n is} impressed on the emitters at point A1 by the gain factor of the transistors, so that this amplifier is reduced. due to the above-mentioned principle belspiel of the invention are explained, as with the same «properties, also dyke is. The already under Flg. 1 described sound arrangement from work resistance times of the differential amplifier, the differential amplifier consists of the tran ·

sistoren T3 und T4 mit den Differenzeingtingen El und El. Als aktive Arbeitswiderstände des Differenzverstärkers dienen die lateralen PNP-Transistoren Tl und Tl₁ Beide Transistorenpaare sind als monolithisch integrierte, eng benachbarte Transistoren gleicher geometrischer Form hergestellt. Den Emittern der Transistoren T3, T 4 des Differenzverstärkers wird der Konstantstrom J_El eingeprägt, der sich auf beide Zweige aufteilt, so daß sich an dem Kollektor des Transistors T2 der gleiche Strom aus- w bildet, wie am Kollektor des Transistors T 3. Die Basis der Transistoren Tl und Tl wird über einen Hilfsdifferenzverstärker, der aus den Transistoren Γ5 und T6 besteht, angesteuert. Dieser Verstärker wird vom Punkt K1 angesteuert. Den in bekannter Weise miteinander verbundenen Emittern dieses Verstärkers ist ein Konstantstrom /_E, eingeprägt. Die Basis des Transistors T6 wird mit einer Peferenzspannungsquelle U_Ke, verbunden.sistors T3 and T4 with the Differenzeingtingen El and El. As an active load resistors of the differential amplifier, the lateral PNP transistors Tl and Tl ₁ are two pairs of transistors are integrated as a monolithic, closely adjacent transistors of the same geometrical shape made. The emitters of the transistors T3, T 4 of the differential amplifier are impressed with the constant current J _El , which is divided between the two branches, so that the same current develops at the collector of the transistor T2 as at the collector of the transistor T 3. The The base of the transistors Tl and Tl is controlled via an auxiliary differential amplifier, which consists of the transistors Γ5 and T6 . This amplifier is controlled from point K 1. _{A constant current / E is} impressed on the emitters of this amplifier, which are connected to one another in a known manner. The base of the transistor T6 is connected to a reference voltage source U _Ke .

In Abhängigkeit der Ansteuerung von Punkt Kl ao liefert der Kollektor von T6 den Basisstrom für die lateralen PNP-Transistoren Tl, T2.Depending on the activation of point Kl ao, the collector of T6 supplies the base current for the lateral PNP transistors T1, T2.

Der einpolige Ausgang U_A des Differenzverstärkers ist über einen Lastwiderstand R_L mit der Referenzspannungsquelle U₁₁₀₁ verbunden.The single-pole output U _{A of} the differential amplifier is connected to the reference voltage source U ₁₁₀₁ via a load resistor R _L.

Im Ruhezustand der Schaltung entsprechen die Kollektorströme der Transistoren T3 und TA einander, so daß über den Lastwiderstand R_L kein Strom fließt.In the idle state of the circuit, the collector currents of the transistors T 3 and TA correspond to one another, so that no current flows through the load resistor R _L.

Tritt aber am Eingang des Differenzverstärkers an den Klemmen El und El ein Gegentaktsigna! auf, so fließt auf Grund der erzwungenen Symmetriebedingungen ein Strom durch den Lastwiderstand R_h der am Ausgang U_A ein Signal erzeugt, das linear dem Gegentakteingangssignal entspricht und auf ein Eintäktsignal umgesetzt wurde, das am Lastwiderstand R_L abgenommen werden kann.If, however, a push-pull signal occurs at the input of the differential amplifier at the terminals El and El! due to the forced symmetry conditions, a current flows through the load resistor R _h, which generates a signal at the output U _A that corresponds linearly to the push-pull input signal and has been converted to an input signal that can be picked up at the load resistor R _L.

Claims

Claim:

Circuit arrangement for a monolithically integrated differential amplifier using the principle of the same properties of closely spaced transistors of the same geometric shape with lateral PNP transistors using the same principle as load resistors for push-pull-single-ended implementation, characterized in that to control the base of the load resistors Transistors (Tl, Tl) an auxiliary differential amplifier consisting of two transistors (T5, T6) is provided and the base of one transistor (TS) of the auxiliary differential amplifier with one output (K 1) of the differential amplifier and the base of the other transistor (T 6 ) of the auxiliary differential amplifier is connected to a reference voltage source (Urci) and wherein the tap for the amplified output signal is provided at the other output of the differential amplifier (Kl) .

1 sheet of drawings