DE2051948A1 - Verstarker mit integrierter Schal tung - Google Patents

Description

. Dr. phU. G. B. HAGEN

ί " Patentanwalt

> 8000 MÜNCHEN 71 (SoUn) '

\ Franz-Haie-Straße 21 * f Π-i 1 ■"·' Π

. Telefon 796213 München, den i · L-·'. ·· I i ι U

\ ID 2772

International Business

Machines Gorporation

Arraonk, N,Y. 10504

Verstärker mit integrierter Schaltung

Priorität: U.S.A.; 11. -Dezember 1969 U.S.Ser.No. 884 092

Die Erfindung betrifft allgemein lineare Verstärker für schwache Signale. Die hier gezeigte Schaltung kann jedoch auch für andere Zwecke verwendet werden, für welche die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Schaltung erforderlich sind.

Der lineare Verstärker gemäß der Erfindung kann insbesondere monolithisch aufgebaut sein. Zur Erzielung bester Ergebnisse müssen die verschiedenen Schaltungselemente gleiche Kennlinien haben, wie dies in monolithischen schaltungen der ü'all ist. Die Anwendung einer monolithischen Schaltung verbessert aber nicht nur die Punktion, sondern sie führt auch zu einer Herabsetzung der Kosten und des Raumbedarfs.

Der erfindungsgemäße Verstärker besteht zum größten Teil au3 Transistoren und erfordert nur sehr wenige Widerstände, in den meisten Fällen nur einen einzigen Widerstand. Infolgedessen kann die Anzahl der Stromkreise für jeden monolithischen Mikrobaustein erhöht werden, weil die Anzahl der Widerstände herabgesetzt iüt. Ferner können die erforderlichen Widerstände

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BayerUthe Veiulnebank Miiiuh«» «20993

diskrete, von dem Mikrobaustein vollkommen getrennte Bauteile sein> Man kann erfindungsgemäß im normalen Betrieb aber auch monolithiache Widerstände verwenden.

Die in dem erfindungageraäßen Verstärker angewendete Technik ähnelt der in der.USA-Patentschrift 3 392 342 (R. Ordower, "transistorverstärker mit stabilem Verstärkungsfaktor") beschriebenen. Auf diese Patentschrift wird hier ausdrücklich verwiesen. Sie zeigt einen transistorisierten Stromverstärker, dessen Prinzip auch in dem Erfindungsgegenstand angewendet wird.

Bine weitere Anwendung des.in der vorgenannten Patentschrift angegebenen Verstärkerprinzips ist in der am 27. März 1969 von E. Buckley eingereichten und auf die Anmelderin übertragenen schwebenden USA-Patentanmeldung Ser.No. 811 113 angegeben und führt dort zur Erzielung von höheren ^tromverstärkungensfaktoren als sie in einzelnen Stufen erzielt werden können. Auch auf diese schwebende Patentanmeldung wird hier ausdrücklich bezuggenommen.

Bei diesen bekannten Schaltungen treten jedoch gewisse Schwierigkeiten auf, wenn hohe Stromverstärkungen erwünscht sind. Zum Beispiel ist für einen hohen Verstärkungsfaktor eine relativ große Anzahl von Verstärkerstufen erforderlich. Bei bekannten Schaltungen tritt ferner die Schwierigkeit auf, daß der Verstärkungsfaktor jeder Stufe dem theoretischen Wert nicht so stark angenähert ist, wie dies für bestimmte Zwecke, z.B. in Videoverstärkern, erwünscht wäre.

Eine dritte Schwierigkeit ist die logische Folge der beiden vorstehend angeführten Schwierigkeiten und bestellt darin, daß die zur Behebung dieser Schwierigkeiten vorgeschlagenen Maßnahmen relativ komplizierte Schaltungen erfordern, welche die Kosten der Anordnung erhöhen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht vor allem darin, die bei den bekannten Anordnungen aufgetretenen Schwierigkeiten zu beseitigen. Insbesondere besteht eine Aufgabe der Erfindung darin,

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die Anzahl der Transistoren herabzusetzen, die zum Erzielen eines vorherbestimmten Verstärkungsfaktors erforderlich sind.

Ferner ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Schaltung zu schaffen, deren Verstärkungsfaktor dem theoretischen Wert genauer entspricht als in den bekannten Anordnungen.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Vorstromschaltung, mit deren Hilfe eine Anzahl von Konstantstromquellen hergestellt werden kann, wobei jeder Strom genau ein ganzzahliges Vielfaches oder ein aliquoter Teil von anderen Strömen ist.

Ferner besteht eine Aufgabe der Erfindung in der Schaffung von verbesserten und billigen linearen Stromverstärkern.

In den verschiedenen bevorzugten Ausführungsformeη der Erfindung werden nach dem Prinzip gemäß der USA-Patentsclirift 3, 392 342 aufgebaute Verstärkerstufen zur Bildung eines linearen Verstärkers mit einem dem theoretischen Viert stark angenäherten Verstärkungsfaktor verwendet. Jede Verstärkerstufe besitzt einen oder mehrere Transistoren, deren Emitter bzw. Basen miteinander verbunden sind. Dem Basis^Emitter-Übergang des Transistors oder jedes der Transistoren ist mindestens eine Diode parallelgeschaltet, deren Spannungs-Strom-Kennlinie der Basis-Emitter-Spannungs-Stromstärke-Kennlinie der Transistoren im wesentlichen gleich ist. Die Kollektoren der Transistoren können miteinander verbunden sein, doch ist dies in keinem der bevorzugten Ausführungsbeispiele erforderlich. Dem Basiskreis der Transistoren wird ein gegebener Eingangsstrom zugeführt. Der Eingangsstrom wird zwischen dem Basiskreis und den den Basis-Emitter-Übergängen der Transistoren parallelgeschalteten Dioden aufgeteilt. Der Ausgangsstrom einer Stufe entspricht somit der Kombination der zu dem Eingangsstrom der Stufe addierten Emitterströme. Dieser Ausgangsstrom ist der Eingangsstroa einer ähnlich ausgebildeten, zweiten Stufe. Diese verbesserte Anordnung gestattet die Abgabe des über

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In" den bötauurtftii^Sä^
Xn eimer typische» | ^ ^ jpar&iiei diode wird $t# ^^if^ii^ft^läpe^t^ke w 5Q$ wfeöht.» Schaltung mit drei fran^ßtore» und einer Diode wird die Btrosistärke ma 5Ό% erbiiiit» Ia tiuer Öabaitung »it jteQi stoyen und einer Diode wird die Aue gangs strcwfc&rjE© vm Durch, die Addition des Sing&ngsstiOms der Stufe an die eiaitterströjse dieser Stufe fcann daaer der yeretftrfeiiiigsfafctf>r Stufe gegenüber den befeannten Anordnungen erhöbt und ein erhalten werden, dae einen hö&eimn und dein the ore ti β eben stärker angenäherten Verstörkungsfaktor hat als es bisher derselben Anzahl von Slransietpren ajöglioh war.

Die Erfindung schafft einen billigen linearen Videoverstärker, in dem keine Wideretönde erforderlich sind, so daß er besonders gut für einen stark integrierten, monolithiöohen Aufbau geeignet ist. Dieser Verstirker zeichnet sich duroh ein breites i»reftuen8fe@ind, ßie&afijr« u»Ä untereinjiBdör gleM etungsverluete in jedes Syaneiotoi derselbeii Stufe und siiniaale örtliobe TejapQ«?atw3?^ftäi0aten und einen v&a ä©r Setriebp* spannung, der lingangsstriiustSsike üad innerhalb von ßrenae«. vcm der Uagebungatewperatur iie wee©»tiliqhen unabhängigen Verstärkttags*· faktor aus. Die Transietoren ^eäer Stufe sind physikalisch identisch und haben daher gleiche ^ Kennlinien. JgM itiife &%$Χ%&φφ6χβ uwfal^t m stärker und η franeiator#a# die als 3?iod«n, d.h. alt kursge schlossenen Ba0i8~Koll!&tor*4ibergttngen arbeiten und äeii S»itter~ttbergäöge» der T#ie1iäj?lc#r parallelgeschaltet «ind, »o dftfi ein atrosvergiilfjEwngsfaiktor «/» ejjBielt wird. Eine odtj? iithrejpe nachgeschaltete, allgemein ähölioh ausgebildete Stufen werden Traneistoren derselben IieitfäMgkeitstype gebildet, Di© stor-Dioden jeder Stufe aind »it den Dioden und den elektroden der unmittelbar vorhergehenden Stufe verbunden und erhalten von ihnen ihren Bi »gauges tr ojb.

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Der erfindungsgemäße Verstärker eignet sich besonders gut als eine genau arbeitende Quelle für einen oder mehrere konstante Ströme oder als widerstandsloses Breitband-Verstärkungs- ' element für kompliziertere Verstärkerschaltungen.

Der Aufbau des linearen Verstärkers gemäß der Erfindung und die an ihn zu stellenden Anforderungen gehen aus der nach-' stehenden ausführlichen Beschreibung von verschiedenen bevorzugten Ausführungsbeispielen hervor, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. In diesen zeigen die

Piguren la und Ib im achaltschema Verstärkerstufen mit der erfindungsgemäßen Schaltung,

Pig. 2a und 2b im.Schaltschema Verstärker bekannter Art zur Erzielung eines Stromverstärkungsfaktors von etwa 9»

Pig. 2c eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verstärkers zur Erzielung eines Stromverstärkungsfaktors von etwa 9 j

Pig. 3a eine weitere ochaltung eines Stromverstärkers gemäß der Erfindung,

Pig. 3b eine Tabelle, aus der alle möglichen Verbindungen der Eingangsanschlüsse und die zahlreichen verschiedenen auf diese Weise erzielbaren Stromstärken hervorgehen.

Die in Pig. la gezeigte Schaltung stellt eine erfindungsgemäß verwendete Verotärkerstufe dar. Die Transistoren Ql und Q2 sind so geschaltet, daß die Emitter bzw. Basen bzw. Kollektoren der Transistoren Ql und Q2 miteinander verbunden sind. Dem Basis-Emitter-Ubergang jedes der beiden Transistoren Ql und Q2 ist eine Diode D gemäß Pig. la parallelgeschaltet. Jede Ver-' stärkerstufe besitzt einen Eingangsanschluß I. Der Eingangaütrom i fließt in die '/eratürkeratufo in der Richtung, die durch den dem Anschluß I benachbarten Pfeil angedeutet ist. An den

I 0 9 3 2 fi / I -'. 'n

Betriebsspannungseingang V der Verstärkerstufe wird ein gegenüber dem Anschluß O positives Potential angelegt. Der Anschluß 0 stellt den Ausgang der in Fig. la gezeigten Verstärkerstufe dar.

Der in den Anschluß I fließende Eingangsstrom i wird in der Verstärkerstufe auf den Ausgangsstrom 3i verstärkt, wenn die Spannungs-Ütromstärke-Kennlinie der Diode mit der Basis-Emitter-Spannungs-Stromstärke-Kennlinie der Transistoren Ql und Q2 im wesentlichen übereinstimmt, ferner soll der dem Eingangsanschluß I zugeführte Strom so stark sein, daß die Transistoren Ql und Q2 stets leiten und im wesentlichen in ihrem linearen Bereich arbeiten.

Da es sehr scnwierig ist, eine Diode herzustellen, die im wesentlichen dieselbe Kennlinie hat wie ein Basis-Emitter-Ubergang eines Transistors, können die erfindungsgemäß verwendeten Verstärkerstufen die in Fig. Ib gezeigte Schaltung haben.

ü'ig. Ib zeigt drei Transistoren derselben Leitfähigkeits type, die in der nachstehend angegebenen Weise geschaltet sind. Die Basen, Emitter bzw. Kollektoren der beiden Transistoren Q3 und Q4 sind gemäß Fig. Ib miteinander verbunden. Ein dritter Transistor Dl ist als Diode gescnaltet. Zu diesem Zweck wird der Basis-Kollektor-Übergang von Dl kurzgeschlossen. Die Basis-Kollektor-Verbindung von Dl ist mit den Basen der Transistoren Q3 und Q4 verbunden und stellt den Eingangskreis der Verstärkerstufe dar. Der Eingangsstrom fließt in der Richtung des in Fig. Ib gezeigten Pfeils in den Anschluß I.

Der Betriebsspannungseingang V ist mit den miteinander verbundenen Kollektoren der Transistoren Q3 und Q4- verbunden. Die Betriebsspannung ist gegenüber der Spannung an den Emittern der Transistoren Q3 und Ql positiv. Die Emitterelektrode von Dl und die Emitter der beiden i'ransistoren 43 und Q4 sind miteinander verbunden und oil den einen Ausgan-ukreiö. Mit O ist der Auaganysbezeichne t.

I O :j H 2 6 / U 9 3

BAD

-Y-

Wenn die beiden Transistoren Q3 und Q4 im wesentlichen dieselbe Basis-Bmitter-Spannungs-Stromatärke-Kennlinie haben wie Dl, hat die in Pig. Ib gezeigte Verstärkerstufe im wesentlichen den Verstärkungsfaktor 3, e.h., daß ein Eingangsstrom i auf einen Strom 3i in dem Ausgangsanschluß 0 verstärkt wird.

Die in Fig. Ib gezeigte Schaltung stellt eine zweckmäßigere Auslegung von erfindungsgemäß verwendeten Yerstärkeratufen dar. Aus verschiedenen Gründen ist die Schaltung nach Fig. Ib der Schaltung nach Fig. la vorzuziehen. Zunächst hat es sich bisher als äußerst schwierig oder sogar unmöglich erwiesen, Dioden herzustellen, die im wesentlichen dieselben Spannungs-Stromstärke -Kennlinie haben wie der Basis-Emitter-Übergang eines Transistors. Ohne eine gute Anpassung der Diode an die Transistoren hat es sich aber als fast unmöglich erwiesen, einen Verstärker herzustellen, dessen Verstärkungsfaktor dem theoretischen Wert so stark angenähert ist, wie dies für die meisten Stromverstärker erwünscht ist.

_t Ein zweiter Grund für die Bevorzugung der Anordnung gemäß Fig. Ib besteht darin, daß sie sehr leicht herstellbar ist. «Jeder der Transistoren Q3 und Q4· kann gleichzeitig mit dem als Diode geschalteten Transistor Dl hergestellt werden. Tatsächlich sind alle diese Transistoren vorzugsweise auf demselben monolithischen Mikrobaustein angeordnet und werden sie gleichzeitig hergestellt. Durch diese Gleichmäßigkeit der Herstellung wird gewährleistet, daß der als Diode geschaltete Transistor Dl im wesentlichen dieselbe Baeis-Emitter-Kennlinie hat wie die Transistoren Q3 und Q4-.

Ein dritter Grund für die Bevorzugung der Anordnung gemäß Fig. Ib besteht darin, daß die Schaltung billiger hergestellt werden kann als jene gemäß Fig. la, weil alle Elemente des aktiven Verstärkers gleichzeitig hergestellt werden können.

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Bin vierter Grund für die Bevorzugung der in Fig» Ib j gezeigten Schaltung besteht darin» daff die Transistoren nahe ! beieinander in einem einzigen monolithischen Äikrobauetein hergestellt und annähernd mit derselbe» Temperatur betrieben w-eriem i können. Da die Kennlinien von Transistoren tejaperaturabhöngig ' sind, erleichtert die Herateilung der Verstärkerstufe auf ei»e® j einzigen Mikrob&uetein die Erzielung von im wesentlichen gleiches J Basis-Bmitter-Kennlinien der Transistoren Q3 und Q4 und des als ) Diode geschalteten Transietora Dl. ·

Fig. 2a zeigt eine Schaltung zur Stromverstärkung nach j

den Angaben der USA-Patentschrift 3 392 342. Fig. 2a zeigt einea ^>]

als Diode geschalteten Transistor in Kombination mit neun Traaei- ,

storelementea Q5-Q13, von denen einige nicht gezeigt, sondern aar |

strichliert angedeutet Bind. Jeder der neun Transistoren ist so j

geschaltet, daß die Basis bzw. der Kollektor bzw. der Emitter j

jedes der Transistoren mit den entsprechenden Elementen aller ]

anderen Transistoren verbunden ist, wie dies in Fig» 2a gezeigt j

ist. Der als Diode geschaltete Tranaistor D2 ist de» Basis- j

iämitter-Übergang jedes der neun Transistoren Q5-Q13 parallel- }

geschaltet. Die gemeinsaffl« Kollilcterleitung der Translator©»
Q5-Q13 enthält den Verbraucher 20. Bs sei angenommen, dag die
kennlinie der Diode den Baeis-Emitter-Kennlinien der Transistoren
entspricht. Bei einem den.Aneöhluß 24 zugeführten Bingangaetrom i
fließt dann durch den Verbraucher 20 ein Strom von etwa 9i, wenn
kein Fehler infolge von Basisströmen auftritt. Der theoretische
Verstärkungsfaktor des Stromkreises in Fig. 2a hat daher dem
Wert 9} diese Schaltung kann aus zehn Halbleitereinrichtuagen
aufgebaut werden.

Fig. 2b zeigt einen Verstärker mit dem theoretischen
Stromverstärkungsfaktor 9. Diese Schaltung besitzt zwei Verstit*··
kerstufen, deren Transistoren zu verschiedenes leitfähigkeit*-
typen gehören.

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OWGlNAt INSPECTED

! . Die erste Verstärkerstufe besitzt einen als Diode ge-" \ schalteten Transistor 335 und drei "JiranBiatoren Q14·, Q15, Q16, ' } ; deren Emitter bzw. .Basen bzw. Kollektoren miteinander verbunden ( · sind. Der als Diode geschaltete Transistor D3 ist den Basis-

ilmitter-llbergängen der drei Transistoren QlA₁ Q15 und QI6 parallel-, geschaltet. Die Kollektoren der drei Transistoren Q14, Q15 und j · Q16 sind dem Eingangskreis einer zweiten Verstärkerstufe parallel-I geschaltet. Di© zweite Verstärkerstufe besteht au3 den Elementen » 3W-». Q5O, Q17 und Q18. Die Transistoren der zweiten Yerstärkerv stufe gehören zu einer anderen leitfähigkeitstype wie die der \ ersten Verstärkerstufe. Dagegen sind die Verbindung©» der versohie-] denen Elemente innerhalb der zweiten Yerstärkerstufe mit denen [ in der ersten Verstärkerstufe im wesentlichen identisch, d.h.,

daß die Emitter bzw, die Basen bzw. die Kollektoren gemäß Fig. 2b miteinander verbunden sind» Der als Diode geschaltete Transistor ' IW- ist den Basis-Emitter-Übergängen der drei Transistoren Q50, ^ Q17 und Q18 parallelgeschaltet. Infolge der Vereinigung der KoI-

\ lektorstromkreise der drei Transistoren Q50, Q17 und Q18 hat der

_Λ durch den Verbraucher 28 fließende Strom annähernd die dtrom-

/; stärke 9i» wenn mit i die dem Eingangsanschluß 26 zugeführte

; EingangsStromstärke bezeichnet wird.

\ Die in Pig. 2c gezeigte Ausfuhruhgsform der Erfindung

hat annähernd den Stromverstärkungsfaktor 9. Die Schaltung besitzt • zwei Verstärkers^ufen, Die erste Verstärkerstufe umfaßt die EIe- '■} mente D5, Q51 und Q52. Die zweite Verstärkerstufe umfaßt die EIe- ? neate D6, Q19 und Q20. Jede Verstärkerstufe enthält einen als ■ Diode geschalteten Transistor, welcher dem Basis-Bmitter-Übergang der beiden Transistoren parallelgeschaltet ist. Die Emitter bzw. Basen bzw. Kollektoren der beiden Transistoren sind wie in der Schaltung nach Fig. Ib miteinander verbunden. Diese Schaltung nach Fig. Ib ist so geschaltet, daß der Ausgangsanschluß 0 der 'ersten Verstärkerstufe mit dem Eingangsanschluß I der zweiten ' Verstärkorstufe verbunden ist.Der Verbraucher 30 ist im Ausgangskreis der2weiten Verstärkerstufe eingeschaltet. In der Schaltung gemäß Fig. 2c hat der durch den Verbraucher fließende Strom etwa die neunfache Stromsbärke dea in den Eingangsanschluß 32 eintretenden Stroms.

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Alle in den !Figuren 2a, 2b und 2c dargestellten Schaltungen sind ao ausgelegti daß man etwa den Verstärkungsfaktor 9" erhält. Dabei hat die Sohaltung gemäß Fig. 2c einige leicht erkennbare Vorteile. Erstens braucht man für einen Stromverstärkungsfaktor 9 hier nur sechs Halbleitereinrichtungen, während in den anderen Schaltungen acht bzw. zehn Halbleitereinrichtungen erforderlich sind. Ein zweiter Vorteil der Schaltung gemäß Fig.2c besteht darin, daß ihre Halbleitereinrichtungen zu derselben Leitfähigkeitstype gehören, so daß sie in einem einzigen Herstellungsvorgang auf einem einzigen Mikrobaustein hergestellt werden können.

Nachstehend wird anhand der Kennlinien der drei in den Figuren 2a, 2b und 2c gezeigten Schaltungen gezeigt, daß die Schaltung nach Pig. 2c einen dem theoretischen Wert viel stärker angenäherten Verstärkungsfaktor hat als die beiden anderen Schaltungen. Zwar ist jede Schaltung so ausgelegt, daß sie theoretisch mit dem ^tromverstärkungsfaktor 9 arbeitet. Bei Transistoren mit gegebenen Kennlinien kommt jedoch die Schaltung nach Fig. 2c diesem theoretischen Wert am nächsten.

In der vorstehend angeführten USA-Patentanmeldung Ser.No. 811 113 wurde gezeigt, daß das Verhältnis des Ausgangsstroms zu dem Eingangsstrom von Schaltungen der in Fig. 2a gezeigten Art durch die Gleichung

i_aua -

1 + ot

Tn

angegeben ist. Dabei ist mit m die Anzahl der Verstärker und mit η die Anzahl der einander und den Basis-Emitter-Übergängen der Verstärker parallelgeschalteten Dioden bezeichnet. Wenn du= ß/(ß+l) ist und die Basis-Emitter-Spannungs-Stromstärke-Kennlinien der als Dioden geschalteten Transistoren und der Tran sistoren einer gegebenen Verstärkerstufe übereinstimmen, zeigt die Auflösung der Gleichung (l) bei ihrer Anwendung auf die Schaltung nach Fig. 2a, daß der Aus gangs strom durch folgende- _: ■.-■■., Gleichung angegeben wird:

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- li -

= 9 I_a<„ ( ß ) (2)

Die Lösung der Gleichung (2) ergibt, für ß = 4-7, daß ■ ^(G'^{82) 9} ^m ^l3t·

Wenn man bei der Anwendung der Gleichung (l) auf die Schaltung nach Fig. 2b annimmt, daß ß = 47 ist, wird der Ausgangsstrom -in dem Verbraucher 28 durch folgende Beziehung angegeben:

aus

Da Fig· 2c eine andere Schaltung zeigt als die Figuren 2a und 2b, muß auch die Gleichung zur Bestimmung des durch den Verbraucher fließenden Ausgangsstroms etwas abgeändert werden, weil in jeder Verstärkerstufe die Emitterströme der Transistoren zu dem Strom durch den als Diode geschalteten Transistor addiert werden, so daß der Eingangsstrom zu dem Ausgangsstrom beiträgt. Infolge der Vereinigung des EingangsStroms mit den Emitterströmen wird die Gleichung (1) bei ihrer Anwendung auf Schaltungen der in Fig. 2c gezeigten Art zur Gleichung (3): = χ + eym/n \ j)

1 + oLm ß η

Wenn man bei der Anwendung der Gleichung (3) auf die Schaltung nach Fig. 2c annimmt, daß ß = 47 und oC= 47/48 ist, wird der Ausgangsstrom in dem Verbraucher 30 durch folgende Beziehung angegeben:

Bei der Berechnung der Verstärkungsfaktoren der Schaltungen gemäß den Figuren 2a, 2b und 2c erkennt man daher, daß die Schaltung nach Fig. 2c dem theoretischen Verstärkungsfaktor viel näher kommt als die Schaltungen ng,ch Fig. 2a und 2b. Diese stark erhöhte Genauigkeit ist offenbar darauf zurückzuführen, daß in jeder Verstärkerstufe zum Erzeugen des AusgangsStroms der Eingangsstrom mit den Transistoren vereinigt wird.

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Fig* 3a zeigt eine weitere ausfuhrungsform der Erfindung mit zwei Verstärkerstufen. Die erste Verstärkerstufe umfaßt den als Diode geschalteten Transistor D7 und die Transistoren Q21 und Q22. Die zweite Verstärkeratufe umfaßt die als Diode geschalteten [■ Transistoren D8 und D9 und die Transistoren Q23, Q24-, Q25 und Q26.. \ Die Transistoren in der zweiten Verstärkerstufe sind so geschaltet, ί daß die Basen bzw.-Emitter miteinander verbunden sind. Die KoI- \ lektoren der Transistoren der zweiten Verstärkerstufe sind mit ;je | einem der als Diode geschalteten Transistoren DlO, DIl, D12 und D13 verbunden. Beispielsweise ist der als Diode geschaltete TransistorDlO mit dem Kollektor des Transistors Q23 verbunden. Die als Diode geschalteten Transistoren bewirken, daß Q23 im wesentlichen dieselbe "Kollektor-Basis-Spannung (Null) hat, wie die als Dioden geschalteten Transistoren D8, D9.

Der Vorteil der Schaltung gemäß Fig. 3a wird erkennbar, ' wenn nan die verschiedenen Verbraucherströme betrachtet, die durch \ verschiedene Anschaltungen von ÄusgangsanBchlüssen erzielt werden j können. Beispielsweise ist ein Verbraucher 36 zwischen einer Spannungsquelle V und drei der sechs Ausgangsanschlüsse einge- ^ schaltet. Der Verbraucher 36 ist darch den Draht 37 mit den Ausgangs anschluss en 2, 3 und 4 verbunden. Die Übrigen Ausgangsanschlüsse 1, 5 und 6 sind durch einen Draht 38 mit einer Pluspotentialquelle V verbunden.

Jetzt sei untersucht, welcher Strom durch den Verbraucher 36 fließt, wenn die Auggangsanschlüsse in der vorstehend angegebenen Weise geschaltet Bind. Der Strom durch den Verbraucher 36 ist gleich der Summe der Ströme, die durch die Ausgangsanschlüsse 2, 3 und 4 fließen, aus der in Fig. 3b gezeigten Tabelle I geht hervor, daß durch den Eingangsanschluß 2 der dem Anschluß 35 zugeführte Strom I fließt, ferner geht aus der Tabelle I hervor, daß durch die Ausgangsanschlüsse 3 und 4 gleiche Ströme 3/2(1) fließen, -^urch den Verbraucher 36 fließt daher der Strom 41.

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ORIGINAL INSPECTED j

j Durch verschiedene Anschaltungen der Ausgangsanschlüsse

! kaan man in einem gegebenen Verbraucher verschiedene Stromstärken

\ erzielen. Die in Pig. 3 to gezeigte Tabelle gibt eine Anzahl von ' -

j möglichen Anschaltungen und die damit erzielten- Stromverstärkunga-

■ faktoren an.

; Hier sei darauf hingewiesen, daß man in jeder Ausfüh-

* rungsform der Erfindung in jeder Verstärkerstufe mehrere als \ Dioden geschaltete Transistoren und mehrere Transistorelemente j verwenden kann. Das Verhältnis der Transistoren zu den Dioden hat jedoch einen gewissen Einfluß auf die Annäherung des Verstärkungsfaktors jeder Verstärkerstufe an den theoretischen Wert. Aus der < Gleichung (3) geht hervor, daß die Annäherung des mit einer gege- ^; benen Verstärkerstufe erzielten Verstärkungsfaktors an den theo- • retischen Wert durch den Ausdruck ^m/ßm beeinflußt wird. Wenn dieser Ausdruck verglichen mit 1 klein ist, wird der Verstärkungs- ^: faktor einer gegebenen Verstärkerstufe dem theoretischen Wert stärker angenähert. Damit der Ausdruck o6m/ßm klein bleibt, muß das Verhältnis m/n klein sein. Wenn das Verhältnis m/n gleich zwei oder kleiner als zwei ist, kann man die Abweichung pro Verstärkerstufe relativ klein halten. Ein weiterer Vorteil der Schaltung gemäß fig. 2c gegenüber den Schaltungen nach Pig. 2a und 2b ist daher darauf zurückzuführen, daß das Verhältnis m/n nur den Wert 2 hat. Auch eine Vergrößerung von ß verbessert die Annäherung des Verstärkungsfaktors einer Verstärkerstufe an den theoretischer. Wert.

In dem in Pig. 4 gezeigten mehrstufigen Verstärker gemäß der Erfindung gehören die Transistoren verschiedener Stufen zu verschiedenen Leitfähigkeitstypen. Die erste Verstärkerstufe umfaßt die Elemente D14, Q27 und Q28, die zweite Verstärkerstufe die Elemente D15, Q29 und Q30. Diese Verstärkerstufen enthalten npn-Halbleitereinrichtungen. Die dritte Verstärkerstufe umfaßt die Elemente D16, Q31 und Q32 und die vierte Stufe die Elemente D17, Q33 und Q34·. Diese Stufen enthalten pnp-Halbleitereinrichtungen. Der als Diode geschaltete Transistor D3O ist als eine spannungakorapensierende Diode geschaltet, die bewirkt, daß die Kollektorspannung von Q31 und Q32 gleich der Kollektor-B.-iais-Spannung den ala Diode ^ejohalteten Tranuiubora D16 iat.

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ORIGINAL SNSrHGTED

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Wenn man bei der in Pig. 4 gezeigten Anordnung annimmt,

• daß der in jeder Stufe eingeführte Fehler klein ist, hat die gezeigte Schaltung etwa den Stroniverstärkungs'faktor 40. Einen. Verstärkungsfaktor in dieser Höhe könnte man auch mit Hilfe von geeigneten Verstärkerstufen in den in Fig. 2ο und 5a gezeigten

* Schaltungen erzielen, doch, müssen die Verstärkerstufen in Heihe geschaltet werden, so daß die für die Schaltung erforderliche Betriebsspannung mit jeder weiteren in Heihe geschalteten Stufe erhöht wird. In der Anordnung nach Fig. 4 kann man Verstärkerstufen hinzufügen, ohne daß die erforderliche Betriebsspannung beträchtlich erhöht wird.

Fig. 5a zeigt eine ähnliche Schaltung wie Fig. 4. Die Kollektoren von verschiedenen Verstärkerstufen sind miteinander, verbunden. Auf diese Weise kann die Stromstärke in verschiedenen Verbrauchern bestimmt werden. Der Verbraucher 1 ist mit dem Kollektor des Transistors Q35 verbunden und wird von dem Strom I, durchflossen.

Durch den Verbraucher 2 fließt der Strom Ip, der von dem durch die i'ransistoren Q36 und Q37 fließenden ^trom gesteuert wird. Zwischen dem Verbraucher 2 und dem Kollektor des Transistors Q37 ist der als Diode geschaltete Transistor D19 eingeschaltet, der die Spannung an dem Kollektor von Q37 derart korrigiert, daß sie annähernd der Spannung an dem Eingangsanschluß der den Transistor Q37 enthaltenden Verstärkerstufe entspricht.

Der Verbraucher 3 ist so geschaltet, daß durch ihn ein Strom I, fließt, der von dem Strom gesteuert wird, der durch die Kollektoren der Transistorelemente Q38, Q39 und Q40 fließt. Der Transistor D22 ist als Kompensationsdiode geschaltet und zwischen dem Verbraucher 3 und den Kollektoren der Transistoren Q38, Q39 und Q40 eingeschaltet. Er dient zur Korrektur der Spannung an den Kollektoranschlüssen, so daß diese Spannung mit der Spannung am Eingang der Verstärkerstufe annähernd übereinstimmt.

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Der Verbraucher 4 ist so geschaltet, daß er von einem Strom I^ durchflossen wird. Dieser wird durch den Strom gesteuert, der durch die Kollektoren der Transistoren Q45, Q46 und Q4-7 fließt. Zum Gewährleisten eines geeigneteren Verhältnisses zwi- · sehen den Spannungen an den Kollektoren von Q45, Q46 und Q47 sind als Dioden geschaltete Transistoren D28 und D29 zur Spannungskompensation vorgesehen.

Die Beziehung zwischen dem Eingangsstrom I. und den durch die verschiedenen in Fig. 5a gezeigten Verbraucher fließenden Strömen ist in der Tabelle in Fig· 5b angegeben. Die Istwerte der durch die einzelnen Verbraucher fließenden Ströme können nur annähernd angegeben werden, liegen jedoch in der Nähe der in der Tabelle angegebenen Werte. Es sei jedoch daran erinnert, daß die Verstärkungsfaktor-Kennlinie jeder Verstärkerstufe durch den Wert von ß für die Transistoren dieser Verstärkerstufe beeinflußt wird. Dies wurde vorstehend besprochen. Die Annäherung des Verstärkungsfaktors der Verstärker an den theoretischen Wert nimmt mit dem Wert von ß für den jeweiligen Transistor zu. Infolgedessen kann für einen gegebenen Wert von ß das Verhältnis zwischen den durch die Verbraucher fließenden Strömen berechnet und kann dieses Verhältnis bei einer Erhöhung von ß den in der Tabelle 2 angegebenen Werten stärker angenähert werden.

Fig. 6 zeigt einen Verstärker, der einen Signalverstärkerteil und eine Hehrfachstromquelle gemäß der Erfindung enthält. Der Verstärker ist auf einem einzigen Halbleiter-Mikrobaustein 61 ausgebildet und umfaßt eine erste Differentialverstärkerstufe 1 mit zwei npn-x'ransistoren 2 und 3, deren Emitterelektroden miteinander verbunden sind. Zwei Bingangstransistoren 4- und 5 in einer Darlington-Schaltung legen Signale von den Eingangsanschlüssen 6 und 7 an die Basiselektroden der Transistoren 2 und 3 an.

Ein pnp-Transistor 8, dessen Basis-Kollektor-Ubergang kurzgeschlossen ist, so daß der Transistor als Diode arbeitet, verbindet die Kollektorelektrode des Transistors 2 mit einer Pluspotentialquelle 9 und stellt eine Belastung für den Transistor 2 dar. Ein al3 Stromquelle arbeitender pnp-Transistorverstärker V

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-Ib-

verbindet die Kollektorelektrode des Transistors 3 mit dem Anschluß 9. -Die Basis-Emitter-Spaiinungs-Strbmstärke-Kennlinien der

* ■ ■

Transistoren 8 und 10 stimmen im wesentlichen miteinander überein, so daß der Kollektorstrom des Transistors 10 gleich dem durch den Transistor 8 fließenden ^ütrom ist.

Eine unsymmetrische zweite Stufe wird von einem pnp-i'ransistor 11 gebildet, dessen Basiselektrode mit dem Kollektor- bzw. Ausgangsanschiuß des Transistors 3 verbunden ist. Der Kollektor- bzw. Ausgangsanschluß der zweiten Verstarkerstufe 11 ist mit einem dreistufigen Verstärkerteil 12 verbunden, der erfindungsgemäß ausgebildet ist.

Der Verstärker 12 umfaßt drei einander ähnliche Stufen 13, 14· und 15. Die erste Stufe 13 enthält einen npn-Transistor 16, dessen üasis-Kollektor-Ubergang kurzgeschlossen ist, so daß der Transistor als Diode arbeitet, und zwei npn-i'ransistor-Verstärker 17 und 18, deren Basis-Emitter-Übergänge der Transistordiode 16 parallelgeschaltet sind. Die .Basis-Emitter-Spannungs-Stromstärke-Kennlinien der Transistoren 16, 17 und 18 stimmen im wesentlichen miteinander überein, so daß der Kollektorstrom in jedem der Transistoren 17 und 18 im wesentlichen gleich dem durch die Transistor· diode 16 fließenden «Strom ist.

nie zweite Stufe 14 besitzt einen ersten npn-Transistor 19f dessen Basis-A.ollektor-Übergang kurzgeschlossen ist, so daß der Transistor als Diode arbeitet, und zwei npn-Transistorverstärker 20 und 21, deren Baais-Jimitter-Übergänge der Transistordiode 19 parallelgeschaltet sind* jJie Basis-Emitter-Spannungs-Stromstärke-Kennlinien der Transistoren 19* 20 und 21 stimmen im wesentlichen miteinander tiberein, so daß der Kollektorstrom in jedem der Transistorverstärker 20 und 21 im wesentlichen gleich dem durch die Transistordiode 19 fließenden titrom ist.

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Die dritte Stufe 15 besitzt einen npn-Transistor 22., dessen Basia-Kollektor-Übergang kurzgeschlossen ist, so daß der" Transistor 22 ale Diode arbeitet, und zwei npn-Transistorverstärker 23 und 24, deren Basis—Emitter-Übergänge der Transistordiode 22 parallelgeschaltet sind. Die Basis-Emitter-Spannungs-Stromstärke-Kennlinien der Transistoren 22, 23 und 24 stimmen miteinander im wesentlichen überein, so daß der Kollektorstros jedes der Verstärker 23 und 24 im wesentlichen gleich demäurch ' die Transistordiode 22 fließenden Strom ist.

Die Kollektorelektroden der Transistorverstärker 17» 18, 20, 21, 23 und 24 sind mit einer (tegentaktverstärkerstttfe in Kollektorschaltung verbunden. Die Stufe 25 besitzt einen npn-Transistor 26 und einen pnp-Transistor 27. In jedem dieser in Reihe geschalteten Transistoren ist der Basis-Kollektor-Übergang kurzgeschlossen, so daß der Transistor als Diode arbeitet. Diese Transistordioden 26 und 27 bilden eine Belastung für den Verstärkerteil 12. Der Verstärker 25 umfaßt ferner einen npn-Transistorverstärker 28 und einen pnp-Transistorverstärker 29. Diese beiden Verstärker sind in Beine geschaltet,. Die Basia-Emitter-Übergänge der Verstärker 28 und 29 sind den Transistordioden 26 und 27 parallelgeschaltet. Die Basis-Emitter-Spannungs-Stromstärke-Kennlinien der Transistoren 26 und 28 sind gleich, ebenfalls jene der Transistoren 27 und 29, so daß die infolge des Stromflusses durch die Transistordioden 26 und 27 an diesen erzeugte Spannung den durch die Transistorverstärker 28 und 29 fließenden Strom steuert»

Vorströme für die vorstehend beschriebene Verstärkerschaltung nach ffig. 6 werden von einer Mehrfaoh-Vorstromquelle abgegeben, die erfindungsgemäß ausgebildet ist. Die Stromquelle 40 umfaßt drei Stufen 41, 42 und 43. Die erste Stufe 41 umfaßt einen npn-Transistor 44, dessen Basis-Kollektor-Übergang kurzgeschlossen ist, so daß der Transistor als Diode arbeitet, und npn-Transistorverstärker 45 und 46, deren Basis-Emitter-Übergänge der Transistor-Diode 44 parallelgeschaltet sind. Die Basis-Emitter-Spannungs-otrorastärke-Kennlinien der Tranaistoren 44, und 46 stimmen miteinander im wesentlichen überein, so daß der

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Strom in der Kallektarelektroäe jedea der 'transistoren 45 und im w-eeentLianen gleich lsi; dem Strom in der !Eraneis tor diode

Die Stufen 42 und 43 ähneln der Stufe 41. Die zweite Stufe 42 umfaßt eine npn-toanaiatjordiode 47 und npn-Transistorverstärker 48 und 49. Die Stufe 43 umfaßt eine npn-'franaistordiode 50 und npn-Transistorverstärker 51,, 52 und 53. Me Emitterelektroden der uiransietaren 50-52 aind direkt miteinander und mit einem Minus potentialanBctfiluß 56

Biß itollektoraleirtroaetn dar Transistorverstärker 4© und 52 Bind direkt miteinander verbunden und ^iläen eine KonatsßtvorBtroBQuelle für die zweite Verstärkers tute 11. Die transistorverstärker 45 und 46 bilden Kan^tarttvarstroisquellen für die in einer Darlingtonschaltung angeordneten Transistoren 4 und 5. Die Verstärker 49 und 51 bilden eine Konstantvorstromquelle für die Transistoren 2 und 3 der Stufe 1.

Die Kollektorelektroden des Transistorverstärkers 53 sind mit einem pnp-Üraneistor 54 verbunden, dessen Baeia-Kollektcof· Übergang kurzgeBchloasen ist, bo daß der Transistor* als Diode arbeitet. Die Emitterelektrode des Transistors 54 iat mit dem Betriebsspannungsanschluß 9 verbunden. Die Tranaistordiode 54 ist dem Basis-Emitter-Ubergang eines pup-Transistorverstärkers 55 parallelgeechaltet, dessen Kollektorelektrode mit dar Tranaiatordiode 26 verbunden iat und eine Konatantvorstromquelle für die Tranaistordioden 26, 27 und den ϊβϋ 12 bildet. Die Strojsgnielle 40 erhält ihren Eingangsstrom von einem 5räziaionswiderstand 57, der an seinem einen Ende mit dem Pluspotentialanschluß 9 und an seinem anderen Ende mit einem Eingangsansohluß 58 der Stromquelle 40 Verbunden iat. Der duroh den Widerstand 57 in den ■ Eingangsanschluß 58 fließende Strom ist gleich der Betriebs- ^r ' spannung zwischen den Anschlüssen 9 und 56 'abzüglich dem Spannungsgefälle an den l'ransistordioden 44, 47 und 50, getollt durch den Widerstandswert des Widerstandes 57. In einer praktischen Ausführungsform beträgt der Spannungsabfall an jeder Transiatordiode 6/10 Y.

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Dieser dem Eingangsanschluß 58 zugeführte Vorstrom ist in Pig. 6 mit I bezeichnet, .«ie vorstehend angegeben wurde, sind die Kollektorströme (und daher auch die Emitterströme) der Transistorverstärker 45 und 46 im wesentlichen gleich dem Strom Iι der durch die Diode 44 fließt, so daß in die 'üransistordiode 47 ein Strom 31 fließt. Infolgedessen fließt in dem Kollektor- und dem Emitterkreis jedes der Transistorverstärker 48 und 49 ein Strom 31 und wird der Transistordiode 50 ein Strom 91 zugeführt. In den Kollektorkreis jedes der Transistoren 51, 52 und 53 fließt daher ein Strom 91, so daß die Transistorverstärker 49 und 51 an die Stufe 1 einen konstanten Strom 121 abgeben. In ähnlicher Weise geben die Transistorverstärker 48 und. 52 einen konstanten Strom 121 an die zweite Verstärkerstufe 11 ab. Die Transistorverstärker 45 und 46 geben konstante Ströme I an die Transistoren 4 und 5 ab.

Es sei angenommen, daß die Spannungspegel an den Eingangsanschlüssen 6 und 7 gleich sind, so daß durch die verschiedenen Stufen nur der Ruhe-Vorstrom fließt. Infolge der Transistordiode 8 fließt derselbe Strom durch den Transistorverstärker 10, so daß durch die Transistoren 2 und 3 gleiche Vorströme (61) fließen, im Vergleich zu den Kollektorströmen in den Transistoren 8 und 10 ist der Basisstrom des Transistorverstärkers 11 der zweiten Stufe so schwach, daß man ihn im Rahmen der vorladenden Anmeldung vernachlässigen kann, insbesondere wenn man Transistoren mit hohem ß verwendet.

Die Vorströme für den Verstärkerteil 12 und die Ausgangsstufe 25 werden durch die Ströme bestimmt, die durch die Transistoren 53, 54 und 55 fließen. Da der Transistorverstärker

53 einen· Ausgangsstrom 91 erzeugt, der durch die Transistordiode

54 fließt, fließt ein im wesentlichen gleicher Konstantstrom 91 von dem Pluspotentialanschluß 9 durch den Transistorverstärker 55, die Dioden 26 und 27, die Transistorverstärker 17, 18, 20, 21, 23 und 24 und die Transietordioden 19 und 22 zu dem MinuspotentiaL-anschluß 56.

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' · In einem Verstärker nach Art des Teils 12 wird der EiÄgangs-Vor strom, mit einem Verstärkungsfaktor verstärkt, der genau gleich dem Verstärkungsfaktor für das Eingangssignal des Verstärkers ist. Wie nachstehend erläutert wird, hat der Verstärkerteil 12 den Ausgangs-Verstärkungsfaktor 26. x»a der Transistor 55 an diese Stufe einen Gesamt-Vorstrom 91 abgibt, hat der Eingangs -V or strom für die Trans is tor diode 16 den Wert

Die Vorströme der Transistorverstärker 17 und 18 haben

daher den Wert *$·, so daß in die Transist or diode 19 ein Vorstrom

—*£ fließt. Ströme mit ähnlichen Stromstärken fließen durch die Transistorverstärker 21 und 22. Der Vorstrom für die Transistordiode 22 und daher auch für jeden der Transistorverstärker 23 und 24 beträgt ²JTg- Daher hat die Summe der Kollektorströme der Verstärker 17, 18:, 20, 21, 23 und 24 den Wert 91.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Verhältnisse zwischen den in der Schaltung nach Pig. 6 fließenden Strömen unabhängig von der an die Anschlüsse 9 und 56 angelegten Spannung im wesentlichen konstant bleiben, sofern alle Transistoren in ihrem linearen Bereich arbeiten, d.h., weder am Sperr- noch am Sättigungspunkt. Diese Verhältnisse verändern sich auch nicht bei Schwankungen in der Betriebsspannung. Unabhängig von dem Pegel der angelegten Spannung und von Schwankungen dieser Spannung bleibt der Stromverstärkungsfaktor in dem Verstärkerteil 12 kons tant.

Der Ruhe-Ausgangsstrom des Transistors 11 entspricht dem Gesamtemitterstrom der Transistoren 2 und 3» so daß der Einfluß der ß-Werte der Transistorverstärker 10 und 11 (wenn diese Werte gleich sind) auf die Eingangsspannungsdifferenz des Verstärkers nach Fig. 6 möglichst klein ist.

Nachstehend sei die Wirkungsweise des Verstärkers gemäß Fig. 6 bei der Verstärkung von Eingangsaignalen beschrieben, die an die Anschlüsse 6 und 7 angelegt werden. Es sei angenommen, daß an dem Bingangsanschluß 7 ein gegenüber dem Eingangsanschluß 6 positives Potential liegt, so daß die Emitterströme der

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Transistorverstärker 3 und 5 zunehmen. Da der in die Emitter der Transistoren 2 und 3 fließende Gesamtstrom konstant ist, führt " eine Zunahme des Bmitterstroras des Transistors 3 zu einer gleich · großen Abnahme des Emitterstroms, der durch den Transistor 2 fließt, und damit zu einer Abnahme des durch die Transistordiode fließenden Stroms. Die Abnahme des durch die Transistordiode 8 fließenden Stroms führt zu einer gleich großen Abnahme des Kollektorstroms des Transistorverstärkers 10. Der Basisstrom in der zweiten Verstärkerstufe 11 nimmt um einen Betrag zu, der gleich der Summe der Zunahme des Emitterstroms des Transistors 3 und der Abnahme des Kollektorstroms des Transistors 10 ist. Diese Zunahme des Basisstroms des Transistors 11 wird entsprechend seinem ß verstärkt, so daß der AusgangsBtrom des Transistors 11 um einen in Fig. 6 mit /5ά bezeichneten Betrag zunimmt. Der Verstärkerteil 12 hat, wie vorstehend beschrieben wurde, etwa den Verstärkungsfaktor 2'6. Da der Strom Ai, um den der Ausgangsstrom des Transistors 11 zugenommen hat, in die Eingangs-Transistordiode 16 fließt, nimmt der durch die Transistordiode 27 fließende Strom um 26 &L zu." Diese Zunahme des durch die Transistordiode fließenden Signalstroms wird von dem Basis-Emitter-Kreis des Verstärkers 29 über den Ausgangsanschluß 60 abgezogen, so daß der durch den Kollektor-Emitter-lCreis dieses Transistorverstärkers 29 fließende Ausgangsstrom um einen Betrag zunimmt, der gleich 26 &i mal dem ß dieses Transistors ist.

Ein Eingangssignal mit der entgegengesetzten Polarität führt zu einer Zunahme des durch den Verstärker 28 fließenden Au;j jangs atroms.

Der Transistorverstärker 12 arbeitet in einem breiten Band mit einem dem theoretischen Wert stark angenäherten Stromverstärkungsfaktor und bildet einen impedanzarmen Abschluß für die"Kollektorelektrode der zweiten Tranaiatorveratärkerstufe 11.

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— cc —

Die vielseitige Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung geht aus der Pig. 6 hervor. Eine Ausführungsform (Verstärker 12) der Erfindung dient zur Stromverstärkung von Singangssignalen. Eine andere Ausführungsform (Stromquelle 40) bildet mehrere .KonstantStromquellen mit stabilen Stromstärken und unabhängig von Veränderungen der Betriebsspannung festgelegten Verhältnissen zwischen den Stromstärken. Die Erfindung erleichtert die Schaffung von Verstärkern, in denen keine Belastungs- und Vorstromwiderstände erforderlich sind. In dem in Mg. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel ist zum Einstellen der Ruhestrompegel für alle Stufen nur ein einziger Widerstand 57 vorhanden. Infolge der Verwendung nur eines Widerstandes kann man wirtschaftlich einen Präzisionswiderstand verwenden, der nicht in dem monolithisch ausgebildeten Halbleiter-Mikrobaustein 61 ausgebildet ist. Da auf dem Mikrobaustein 61 keine Widerstände vorhanden sind, kann man auf einem Halbleiter-Mikrobaustein viel stärker integrierte Transistorkreise vorsehen.

Die vorstehend beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele der Erfindung können im Rahmen des Erfindungsgedankens vom Fachmann in der Anordnung und in Einzelheiten in der vorstehend angedeuteten und in anderer V/eise abgeändert werden. Beispielsweise ist es für den Fachmann verständlich, daß bestimmte Ausführungsformeη mit transistoren einer Leitfähigkeitstype so abgeändert v/erden können, daß Transistoren der anderen Leitfähigkeitstype verwendet werden können.

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Claims (1)

1. " -23- 20B1948

   Patentansprüche:

   /1.^Stromverstärker mit einer von der Temperatur und dem Vorstrom !Unwesentlichen unabhängigen Verstärkungsfaktor-Kennlinie, gekennzeichnet durch mehrere Verstärkerstufen, von denen jede einen Eingang, einen Ausgang und einen Betriebsspannungseingang hat und die elektrisch so miteinander verbunden sind, daß der Ausgang jeder Verstärkerstufe mit dem Eingang der nächstfolgenden Verstärkers.tufe verbunden ist und die Betriebsspannungseingänge aller Verstärker stuf en miteinander verbunden sind, wobei jede dieser Verstärkerstufen mindestens einen ersten Transistor einer Leitfähigkeitstype mit einer Basis-, einer Kollektor- und einer Emitterelektrode aufweist, ferner mindestens'einen zweiten i'ransistor derselben leitfähigkeitstype, mit einer Basis-, einer Kollektor- und einer Emitterelektrode, und der erste und zweite Transistor im wesentlichen gleiche Basis-Emitter-Spannungs-Stromstärke-Kennlinien haben, eine mit dem Eingang der betreffenden Verstärkerstufe versehene erste direkte elektrische Verbindung zwischen der Basiselektrode jedes der zweiten Transistoren, der Kollektorelektrode jedes der zweiten Transistoren und der Basiselektrode jedes der ersten Transistoren, eine mit dem Betriebsspannungseingang der betreffenden Verstärkerstufe versehene, zweite elektrische Verbindung mit der Kollektoreiektrode jedea der ersten Transistoren, und eine mit dem Ausgang der Verstärkerstufe versehene, dritte direkte elektrische Verbindung zwischen den Emitterelektroden des ersten und des zweiten Transistors.

   2. Stromverstärker mit einer von der Temperatur und dem Vorstrom im wesentlichen unabhängigen Verstärkungsfaktor-Kennlinie, gekennzeichnet durch mehrere Verstärkerstufen, von denen jede einen Eingang und einen Ausgang hat und die elektrisch so miteinander verbunden sind, daß der Ausgang einer Verstärkerstufe mit dem Eingang einer anderen Verstärkerstufe verbunden ist, wobei jede dieser Verstärkerstufen mindestens einen Transistor in Emitterschaltung mit einer Basis-, einer Kollektor- und einer Emitterelektrode besitzt, ferner mindestens einen weiteren Transistor mit einer Basis-, einer Kollektor- und einer Emitter-

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   elektrode, die Transistoren jeder Stufe im wesentlichen gleiche Basis-Smitter-Kennlinien haben, ferner gekennzeichnet durch eine mit dem Eingang der Verstärkerstufe versehene, erste_%elektrische Verbindung zwischen der Basis jedes der weiteren Transistoren, dem Kollektor jedes der weiteren Transistoren und der Basis jedes der Transistoren in Emitterschaltung, eine mit dem Ausgang der Verstärkerstufe versehene, zweite elektrische Verbindung zwischen dem Emitter jedes der weiteren Transistoren und dem Emitter jedes der Transistoren in Emitterschaltung, und mehrere weitere elektrische Verbindungen, die je einen Verbraucher mit mindestens einem der Kollektoren der Transistoren in Emitterschaltung verbinden·

   5. Stromverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und zweite Transistor jeder Verstärkerstufe nahe beieinander auf einem einzigen monolithischen Mikrobaustein hergestellt sind, so daß die Temperaturbeständigkeit der Verstärkerstufe, verbessert wird.

   4-. Stromverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoren in Emitterschaltung und die weiteren Transistoren jeder Verstärkerstufe auf einem einzigen monolithischen Mikrobaustein hergestellt sind, so daß die Temperaturbeständigkeit jeder Verstärkerstufe verbessert wird.

   5. Stromverstärker mit einer von der Temperatur und dem Vorstrom im wesentlichen unabhängigen Verstärkungsfaktor-Kennlinie, gekennzeichnet durch einen ersten üatz von Verstärkerstufen; die aktive Transistorelemente von einer ersten Leitfähigkeitstype und je einen Eingang und je einen Ausgang besitzen und derart in Heine geschaltet sind, daß der Ausgang einer Verstärkerstufe mit dem -üangang einer anderen Verstärkerstufe verbunden ist, einen zweiten Satz von Verstärkerstufen, die Transistorelemente einer zweiten Leitfähigkeit sty pe und je einen .äingang und je einen Ausgang besitzen und derart in Keine geschaltet sind, daß der Ausgang einer Verstärkerstufe mit dem Eingang einer weitenen Veratäriicrstufe verbunden ist, wobei jede dieser Veiv. oiirkors tufen !»lindesten:! einen Transistor in Emittersjcli.'iltung mit einer

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   BAD ORIGINAL

   Basis-, einer Kollektor- und einer Emitterelektrode besitzt, ferner mindestens einen weiteren Transistor mit einer Basis-, einer Kollektor- und einer Emitterelektrode, die Transistoren jeder Stufe im wesentlichen gleiche Basis-Emitter-Kennlinien haben, ferner gekennzeichnet durch eine mit dem Eingang der Verstärkerstufe versehene, erste elektrische Verbindung zwischen der Basis jedes der weiteren Transistoren, dem Kollektor jedes der weiteren Transistoren und der Basis jedes der Transistoren in Emitterschaltung, eine mit dem Ausgang der Verstärkerstufe versehene, zweite elektrische Verbindung zwischen dem Emitter jedes der weiteren Transistoren und dem Emitter jedes der Transistoren in Emitterschaltung, eine dritte elektrische Verbindung zwischen dem Eingang der ersten der in Reihe geschalteten Verstärkerstufe des zweiten Satzes und den Kollektoren der in einer Emitterschaltung angeordneten Transistoren der letzten der in Reihe geschalteten Verstärkerstufen des ersten Satzes, eine vierte elektrische Verbindung zwischen allen Kollektoren der in einer Emitterschaltung angeordneten Transistoren des ersten Satzes, mit Ausnahme der letzten der in Reihe geschalteten Verstärkerstuf an, und einer ersten Stromquelle, deren Polarität für die Leitfähigkeitstype der Transistoren des ersten Satzes der Verstärkerstufen geeignet ist, und eine fünfte elektrische Verbindung zwischen allen Kollektoren der in einer Emitterschaltung angeordneten Tranaistoren des zweiten Satzes von Verstärkerstufen, mit ausnähme der erυten der in Reihe geschalteten Verstärkerstufen, und einer zweiten Stromquelle, welche die entgegengesetzte Polarität hat wie die erste Stromquelle.

   6. Stromverstärker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die vierte elektrische Verbindung mehrere Verbraucher enthält und jeder dieser Verbraucher zwischen mindestens einem Kollektor der Transistoren in Emitterschaltung und der ersten Stromquelle angeordnet ist.

   7. Stromverstärker nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die fünfte elektrische Verbindung Mehrere Verbraucher enthält und jeder dieser Verbraucher zwischen mindestens

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   einem Kollektor der Sransistoren in Emitterschaltung und der zweiten Stromquelle angeordnet iat.

   8. Signalumsetzungsschaltung, gekennzeichnet durch eine vorherbestimmte Anzahl η von ersten Transisfcoren und eine vorherbestimmte Anzahl m von zweiten Transistoren, wobei die ersten und zweiten Transistoren je eine Basis-, eine Emitter- und eine KoI-lektoirelektrode und im wesentlichen gleiche Basis-Emitter-Spannungs-Stromstärke-Kennlinien haben und zu derselben Leitfähigkeitstype gehören, die Emitterelektroden direkt miteinander verbunden sind, die Basis- und die Kollektorelektroden der ersten Transistoren direkt miteinander und direkt mit den Basiselektroden der zweiten Transistoren verbunden und mit einer Stromquelle zur

   fc Abgabe eines Stroms I verbindbar sind, so daß durch die Kollektorelektrode jedes der zweiten Transistoren ein Strom fließt, der im wesentlichen die Stromstärke ■_· hat, ferner gekennzeichnet durch eine vorherbestimmte Anzahl χ von dritten Transistoren und eine vorherbestimmte Anzahl y von vierten Transistoren, wobei die dritten und vierten Transistoren je eine Basis-, eine Emitter- und eine Kollektorelektrode und im wesentlichen gleiche Emitter-Basis-Spannungs-Stromstärke-Kennlinien haben und zu derselben Leitfähigkeitstype gehören, die Emitterelektroden der dritten und vierten Transistoren direkt miteinander verbunden und mit einem Anschluß einer Betriebsspannungsquelle verbindbar sind, die Kollektorelektroden der zweiten und vierten Transistoren mit einem anderen Anschluß der Betriebsspannungsquelle verbindbar

   ψ sind und die Basis- und die Kollektorelektroden dor dritten Transistoren und die Basiselektroden der vierten Transistoren direkt miteinander und direkt mit den Emitterelektroden der ersten und zweiten Transistoren verbindbar sind, so daß durch die Kollektorelektrode jedes der vierten Transistoren ein Strom fließt, der im wesentlichen die Stromstärke (-- + l) i hat und die Zahlen n, m, χ und y ganze Zahlen und gleich oder größer als 1 oind.

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   9· Schaltung nach Anspruch. 8, dadurch gekennzeichnet, daß die im wesentlichen gleichen Transistoren nahe beieinander auf einem einzigen Halbleiter-Mikrobaustein monolithisch hergestellt sind.

   IU. Schaltung nach Anspruch 9_f dadurch gekennzeichnet, daß die Stromstärke I größer ist als Null, aber niedriger als ein Wert, bei dem einer der Transistoren gesättigt werden würde.

   11. Signalumsetzungsschaltung, gekennzeichnet durch eine vorherbestimmte Anzahl η von ersten Transistoren und eine vorherbestimmte Anzahl m von zweiten Transistoren, wobei die ersten und aweiten Transistoren je eine Basis-, eine Emitter- und eine Kollektorelektrode und im wesentlichen gleiche Basis-Bmitter-Spannungü-dtromstärke-Kennlinien haben und zu derselben Leitfähigkeitstype gehören und die Emitterelektroden direkt miteinander verbunden sind, eine Spannungsquelle mit einem ersten und einem zweiten Anschluß, eine Stromquelle zur Abgabe eines Strome I, wobei die Basis- und Kollektorelektroden der ersten Transistoren direkt mit den Basiselektroden der zweiten Transistoren und die Kollektorelektroden der ersten Transistoren und die Basiselektroden direkt mit der Stromquelle verbunden sind, so daß durch die Kollektorelektrode jedes zweiten Transistors ein Strom fließt, der im wesentlichen die Stromstärke — hat, ferner gekennzeichnet durch eine vorherbestimmte Anzahl χ von dritten Transistoren und eine vorherbestimmte Anzahl y von vierten Transistoren, wobei die dritten und vierten Transistoren je eine Basis-, eine Emitter- und eine Kollektorelektrode und im wesentlichen gleiche Smitter-Basis-Spannungs-Stromstärke-Kennlinien haben und zu derselben Leitfähigkeitstype gehören, die Emitterelektroden der dritten und vierten Transistoren direkt miteinander verbunden sind, die Basis- und die Kollektorelektroden der dritten Transistoren und die Basiselektroden der vierten Transistoren direkt miteinander und direkt mit den Emitterelektroden der ersten und zweiten Transistoren verbunden sind, so daß durch die Kollektoralektrode jedes der vierten Transistoren ein Strom fließt, der im wesentlichen die

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   Stromstärke (|- + χ) i k_at und die Zahlen n, m, χ und y ganze \ Zahlen und gleich oder größer als 1 sind, ferner gekennzeichnet > durch eine erste Einrichtung zum Koppeln der Kollektorelektroden der zweiten und vierten Transistoren mit dem ersten Anschluß der ) Spannungsquelle und eine zweite Einrichtung zum Koppeln der Emitterelektroden der dritten und vierten Transistoren mit dem zweiten Anschluß de.r Spannungsquelle.

   12. Schaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle eine Vorstromquelle aufweist, die direkt mit ; der Verbindung zwischen den Basis- und Kollektorelektroden der ( ersten Transistoren und den Basiselektroden der zweiten Transistoren verbunden ist, und eine direkt mit der genannten Verbindung verbundene Quelle von zu verstärkenden Eingangssignalen.

   15. Schaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle eine Konstantstromquelle aufweist, die dazu dient, in den Kollektorelektroden der zweiten und vierten Transistoren konstante Vorströme zu erzeugen, deren Verhältnisse zu ; einander und zu dem von der Konstantstromquelle abgegebenen Strom ; unabhängig von ihren absoluten Stromstärken festgelegt sind.

   14. Schaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektorelektrode mindestens eines der zweiten Transistören direkt mit der Kollektorelektrode mindestens eines der vierten Transistoren verbunden ist, so daß ein Vorstrom mit einer gewählten Stromstärke erhalten wird.

   .15. Schaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, | daß die erste Einrichtung eine vorherbestimmte Anzahl s von [

   fünften Transistoren und eine vorherbestimmte Anzahl t von sechsten Transistoren umfaßt, die fünften und sechsten Transistoren ' je eine Basis-, eine Emitter- und eine Kollektorelektrode und im ■ wesentlichen gleiche Basis-Emitter-Spannungs-Stromstärke-Kenn- ; linien besitzen und zu entgegengesetzten Leitfähigkeitstypen ^l gehören, die Emitterelektroden der fünften und sechsten i'ransistoren direkt miteinander und mit dem ersten Anschluß der Spannungsquelle verbunden sind, die Basis- und die Kollektorelektroden

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   der fünften Transistoren direkt miteinander und den Basiselek- troden der sechsten Transistoren verbunden sind, die Kollektor- ■ elektroden der fünften i'ransistoren und die Basiselektroden mit der Kollektorelektrode mindestens eines der zweiten und vierten Transistoren verbunden sind und den ganzen Strom von dieser Jtollektorelektrode erhalten, so daß in der Kollektorelektrode jedes der sechsten Transistoren ein Strom fließt, der im wesentlichen gleich dem Strom ist, den die fünften Transistoren von den Kollektorelektroden der zweiten und vierten Transistoren erhalten.

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