DE2006285A1 - Schaltungsanordnung zur temperaturunab hangigen Konstanthaltung des Spannungshu bes bei Transistorschaltern - Google Patents

Schaltungsanordnung zur temperaturunab hangigen Konstanthaltung des Spannungshu bes bei Transistorschaltern

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DE2006285A1
DE2006285A1 DE19702006285 DE2006285A DE2006285A1 DE 2006285 A1 DE2006285 A1 DE 2006285A1 DE 19702006285 DE19702006285 DE 19702006285 DE 2006285 A DE2006285 A DE 2006285A DE 2006285 A1 DE2006285 A1 DE 2006285A1
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transistor
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circuit
resistor
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Herbert Dr Ing Bloomfield Township Mich Stopper (V St A ), Sträub, Dieter, Dipl Ing , 7750 Konstanz
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K19/00Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
    • H03K19/02Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components
    • H03K19/08Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices
    • H03K19/082Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices using bipolar transistors
    • H03K19/086Emitter coupled logic
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
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Description

  • Schaltungsanordnung zur temperaturunabhängigen Konstanthaltung des Spannungshubes bei Transistorschaltern Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur temperaturunabhängigen Konstanthaltung des Spannungshubes an emittergekoppelten Transistorschaltern, die in ihre Emitterkreis als Stromeinprägeschaltung die Emitterkollektorstrecke eines Transistors enthalten, dessen Basis eine Referenzspannung zugeführt wird. Diese Aufgabe tritt besonders bei Schaltungen in integrierter Schaltkreistechnik auf.
  • Die vorstehend gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß als Referenzspannungsquelle ein als Emitterfolger zwischen die Batteriepole des Transistorschalters eingeschalteter erster Transistor dient, dessen Basis mit dem Kollektor eines von einer konstanten Spannung gesteuerten zweiten Transistors gleichen Leitfähigkeitstyps verbunden ist, der über einen Emitterwiderstand u.
  • einen Kollektorwiderstand zwischen die Batteriepole des Transistorschalters geschaltet ist.
  • Einige Schaltungsprinzipien in sogenannter Stromsteuerurigstechnik, die sich in der integrierten Schaltkreistechnik eingeführt haben und bei denen die Erfindung besonders vorteilhaft angewandt werden kann, sollen zunächst anhand der Fig. 1 bis 3 erläutert werden, während ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in Fig. 4 gezeigt ist.
  • Fig. 1 zeigt ein Gatter in ECL-Technik, bei dem die als Emitterfolger ausgeführten Koppelstufen zum nächsten Gatter am Ausgang des als Differenzverstärker ausgebildeten Stromschalters liegt. Fig. 2 zeigt ein Gatter in sogenannter EECL-Technik, bei dem die Koppelstufe am Eingang des Stromschalters liegt und Fig. 3 eine spezielle, daraus entwickelte Schaltung in sogenannter SECL-Technik, bei der beide Seiten des Schalters zur Eingabe von logischen Variablen ausgenutzt werden können.
  • Diese Schaltungen sind alle bekannt. Ihnen gemeinsam ist eine im allgemeinen aus einem Transistor in Reihe mit einem Widerstand bestehende Stromeinprägeschaltung im gemeinsamen Emitterkreis der Schaltertransistoren, deren dem Schalter zugeführte Stromstärke den Spannungshub an den Ausgangsklemmen des Schalterv bestimmt. Die beiden Endwerte dieses Spannungshubes stellen die logischen Größen 1 und 0 dar und sollen mit den an den Eingängen der Schaltung zugefiihrten Spannungen übereinstimmen. Wegen der relativ groXenTemperaturabhängigkeit der Basisemitterspannung UBE der Schaltertransistoren muß dafür Sorge getragen werden, daß der Spannungshub konstant und in demselben Spannungsbereich bleibt.
  • Fig. 11 zeigt ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung fiir die Ausbildung der Vorspannungsquelle an der Basis des erwhnten Transistors der Stromeinprägeschaltung, welches die vorstehelld erläuterte Aufgabe löst.
  • 1)ie in Fig. 1 gezeigte bekannte ECL-Schaltung enthält zwei Transistoren 1 und 2 mit verbundenen Emittern, die als Differenzverslarker den eigentlichen Stromumschalter darstellen.
  • Im gcmeinsamen Emitterkreis liegt die Reihenschaltung eines Transis4ors 3 mit einem Emitterwiderstand 4, die in bekannter Weise die Stromeinprägeschaltung bilden, welche den entweder durch den einen oder durch den anderen Transistor 1 bzw. 2 fließenden Strom bestimmt. Die Stromstärke ist durch die Größte des Widerstandes 4 und die an der Basisklemme D des Transistors 3 zugeführte Spannung bestimmt. An der Basisklemme A des Transistors 1 wird eine der binären Eingangsinformation entsprechende Spannung zugeführt und an der Basisklemme B des Transistors 2 im allgemeinen eine Referenzspannung, die zwischen den beiden Spannunggnlveaus liegt, die den logischen Wcrt 0 und 1 der Eingangsinformation an der Klemme A entspricht. Die Kollektoren der Transistoren 1 und 2 sind über Widerstände 5 bzw. 6 mit der einen J3atterieklemme (für npn-TrAnsistoren + ) verbunden. Dem Transistor 2 ist ein Emitterfolger bestehend aus dem Transistor 7 und dem Emitterwiderstand 8 nachgeschaltet. Am Emitter des Transistors 7 ist die Ausgangsklemme C angeschlossen, an der ein Ausgangssignal ent sprechend dem Eingangssignal an der Klemme A auftritt. Führt man umgckehrt der Klemme A die Referenzspannnung und der Klemme 13 die binäre Eingangsspannung zu, so erscheint an der Klemmc C der invertierte Wert des Eingangssignals C=ß. Durch Parallelschalten mchrerer gleichartiger Transistoren zum Transistor 1 bzw. zum Transistor 2 kann man den Schalter zu einer OR-Schaltung bzw.
  • zu einer NOR-Schaltung erweitern.
  • Die in Fig. 2 gezeigte bekannte EECL-Schaltung enthält R39 Kern den gleichen Schalter mit Stromeinprägeschaltung wie die ECL-Schaltung bestehend aus den Transistoren 1, 2, 3 und den Widerständen 4, 5, 6. hier ist dem Transistor 1 ein Emi tterfolger bestehend aus cjnem Transistor 11 und einem Emitterwiderstand 12 vorgeschaltet. I)ie Eingangsklemne A für die binäre Information liegt hier an der Basis des Transistors 11. Das Ausgangssignal C und das invertiertc Ausgangssignal C wird an den Kollektoren der Transistoren 2 hzw. 1 abgenommen. Durch Paralielschalten von weiteren Transistoren zum Transistor 11 kann auch diese Schaltung zu einer OR- und einer ND Schalturlg erweitert werden. Die an der Basis des Transistors 2 zugeführte Referenzspannung liegt hier um den Spannungssprung UBE an der Basisemitterstrecke des Transistors 11 weiter ins Negative verschoben gegenüber der Referenzspannung an der entsprechenden Klemme der ECL-Schaltung in Fig. 1.
  • Fig. 3 zeigt schließlich eine bekannte Erweiterung des anhand der Fig. 2 geschilderten EECL-Gatters-einen sogenannten SECL-Schaltkreis, bei dem beide Seiten des Schalters 1, 2 zur Zuführung-von logischen Variablen verwendet werden können.
  • Der Basis des Transistors i sind mehrere parallelgeschaltete Emitterfolger 21 mit gemeinsamem Emitterwiderstand 12 vorgeschaltet, wie dies auch bei der EECL-Schaltung durchführbar ist. Die Basis des Transistors 2 besitzt eine sogenannte schwimmende Referenzspannung, die noch durch Eingangssignale D1, B2 ... von einander parallelgeschalteten Emitterfolgern 22 beeinflußt werden kann. Der gemeinsame Emitterwiderstand der Transistoren 22 wird durch einen dreiteiligen Spannungsteiler aus den Widerständen 23, 2, 25 gebildet und der gemeinsame Emitterpunkt der Transistoren 22 ist mit der Basis eines weiteren Transistors 26 verbunden, dessen Emitter am unteren Abgriffspunkt des erwähnten Spanungsteilers liegt. Am anderen Abgriffspunkt ist die Basis des Transistors 2 angeschlossen, 80 daß diese eine Referenzspannung erhält, die über oder unter der festen Referenzspannung einer entsprechenden EECL-Schaltung nach Fig. 2 liegt, und zwar je nachdem, ob einem der Transistoren 22 über die Klemmen Bi, B2 ... ein Eingangssignal 1 zugeführt wird oder nicht.
  • Außer der zuletzt dargestellten sind auch noch verschiono schwimmenden andere Ausführungsformen der Referer'zspannungquelle bekanntgeworden, auf die hier jedoch nicht näher eingegangen zu werden braucht.
  • Bei allen bisher geschilderten Schaltungssystemen tritt das Problem auf, daß durch die Temperaturabhängigkeit der parameter
    Transistortzkn,
    insbesondere der Basisemitterspannung UBE eine Verschiebung der Signalpegel vorzugsweise an den Ausgangsklemmen C, C mit der Temperatur auftritt. Die Spannung UC über dem Widerstand 5 bzw. 6 (je nachdem, ob Transistor 1 oder Transistor 2 leitend gesteuert ist), die den Spannungshub an den Klemmen C und C darstellt, ist proportional der Spannung U4 über dem Widerstand 4 multipliziert mit dem Widerstandswerteverhältnis R5,6/R4 der Widerstand 5 bzw. 6 und 4. Eine temperaturbedingte Änderung der Basisemitterspannung UBE am Transistor 3 ergibt nun bei konstanter Vorspannung UD an der Basis des Transistors 3 eine Änderung der Spannung U4 und damit auch eine Temperaturabhängigkeit des Signalhubes Uc. Die Spannung UD darf also nicht konstant sein, sondern muß in kompensierendem Sinne von der Temperatur abhnngig gemacht werden.
  • Zu diesem Zweck ist eine Schaltung bekannt (DT OS 19 O7 669), bei der die Spannung UD von einem aus Widerständen und Dioden aufgelnuten Spannungsteiler zwischen den Batterieklemmen abgenommen wird. Abgesehen von der nur angenäherten Kompensation bei größeren Temperaturänderungen hat eine solche Schaltung den Nachteil eines verhältnismäßig großen Innenwlderstands, was insbesondere dann zu Schwierigkeiten führt, wenn von der gleichen Spannungsquelle mehrere Transistoren 3 parallel gespeist werden sollen und sich deren Verstärlcungsfaktoren um den Faktor 2 bis 3 voneinander untersche-iden können, was bei Transistoren in integrierter Schaltkreistecllnilc noch toleriert werden kann.
  • Fig. 4 zeigt eine Schaltung gemäß der Erfindung, die diese Nachteile nicht aufweist t wobei nur das den Schalter selbst darstellende Transistorenpaar 1, 2 dargestellt ist, welches durch die bekannten Elemente der EGL-, EECL oder SECL-Technik ergänzt zu denken ist. Dem Punkte D der Schaltung wird gemäß der Erfindung die Basisspauiiung für den Transistor 3 von einem Emitterfolger zugeführt, der aus einem Transistor 31 und einem Emitterwiderstand 32 besteht. Die Basis des Transi3tor3 31 ist mit dem Kollektor eines weiteren Transistors 33 verbunden, dessen Kollektorwiderstand 34 mit dem einen Pol (+) und dessen Emitterwiderstand 35 mit dem anderen Pol (-) der Batteriespannung verbunden ist. Die Basis des Transistors 33 liegt am Abgriffpunkt eines
    Spannung sx
    teilers zwischen den Batteriepolen (4, -), der aus den Widerständen 36 und 37 gebildet ist.
  • Es läßt sich zeigen, daß die Temperaturabhängigkeit der flasisemitterspannungen UBE der einzelnen auf den Spannungshub an den Klemmen C und C Einfluß nehmenden Transistoren sich dann kompensieren, wenn die Widerstandswerte R34 und R35 der Widerstände 34 und 35 sich wie 2 zu 1 verhalten und man zulässigerweise gleiches Temperaturverhalten dor Basisemitterspannungen UBE der beteiligten Transistoren annimmt. Eine Schaltung nach Fig. 4 wurde mit folgenden bei 25°C gültigen Werten verwirklicht: Transistoren 1 und 2 UBE = 820 mV Transistor 3 UBE = 820 mV Transistoren 31 und 32 UBE = 770 mV Widerstand 4 R4 = 50 # Widerstände 5 und 6 R5,6= 100 Widerstand 32 R32 ~ 78Q ii Widerstand 34 R34 = 600 # Widerstand 35 R35 = 300 # Widerstand 3G R36 = 2,15 k# Widerstand 37 R37 = 1,35 kl Über einen Temperaturbereich von -55 °C bis +125°C änderten sich der Signalhub um weniger als 1 Prozent. Der Innenwiderstand der Spannungsquelle nm Punkt D betrug 20# Die Schaltungsanordnung gemäß'der Erfindung eignet sich somit vorzüglich auch zum parallelen Anschluß von mehreren Schaltern am Punkte D und ist auch zur Kompensation von an anderen temperaturbedingten Spaiinungsänderungen/als den in den Fig. 1 bis 3 erläuterten Transistorschaltungell in entsprechender Weise einsetzbar. Die Erfindung ist auch nicht auf die Verwendung von npn-Transistoren beschränkt, sondern kann in gleicher Weise bei pnp-Transistoren eingesetzt werden. Ein besonderer Vorteil besteht weiterhin darin, daß sämtliche Transistoren der logischen Schaltung selbst und der Kompensationsschaltung vom gleichen Leitfähigkeitstyp sind, was bei der Herstellung in integrierter Schaltkreistechnik besonders einfach ist.

Claims (1)

  1. Patentansprüche
    Schaltungsanordnung zur temperaturunabhängign Konstanthaltung <les Spannungshubes an emittergekoppeLten Transintorschaltern, die in ihrem Emttterkrüjs als Stromeinprägeschattllng die Emitterkollektorstrecke eines Transistors enthalten, dessen Basis eine Referenzspannung zugeführt wird, dndurch gekennzeichnet, daß als Referenzspannungsquelle ein als Emitterfolger zwischen die Batteriepole (+, -) des Transistorschalters(l, 2, 3, 4 5, 6)eingeschalteter erster Transistor (31) dient, dessen Basis mit dem Kollektor eines von einer konstanten Spannung gesteuerten zweiten Transistors (33) gleichen Leitfähigkeitstyps verbunden ist, der über einen Emitterwiderstand (35) und einen Kollektorwiderstand (34) zwischen die Batteriepole (+, -) des Transistorschalters geschaltet ist. (Fig. 4) 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eich die Widerstandswerte des Kollektorwiderstandes (34) und des Emitterwiderstandes (35) des zweiten Transistors (33) wie 2 zu 1 verhalten.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0167339A2 (de) * 1984-06-30 1986-01-08 Sony Corporation Logische Schaltung

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0167339A2 (de) * 1984-06-30 1986-01-08 Sony Corporation Logische Schaltung
EP0167339A3 (en) * 1984-06-30 1987-01-28 Sony Corporation Logic circuit

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