DE2061943B2

DE2061943B2 - Differenzverstärker

Info

Publication number: DE2061943B2
Application number: DE2061943A
Authority: DE
Inventors: James L. Wilmington Gundersen; Carroll R. Balboa Island Perkins; Everett L. Fountain Valley Shaffstall; Robert N. Huntington Beach Yoder
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1969-12-22
Filing date: 1970-12-16
Publication date: 1975-01-30
Also published as: DE2061943C3; DE2061943A1; FR2074102A5; US3581226A; GB1272372A

Description

Diese Aufgabe wird nach der Erf.r.dung dadurch ο gelöst, daß dem zweiten Feldeffekttransistor jedes Signalkanals ein Signalausgangsglied nachgeschaltet ist, das zwei im Gegentakt zueinander arbeitende Feldeffekttransistoren mit je einer ersten und einer zweiten Elektrode sowie einer Steuerelektrode aufElektrode des zweiten Feldeffekttransistors (212 25 weist, daß die erste Elektrode des jeweils ersten der bzw. 112) des jeweils anderen Signalkanals (200 beiden Feldeffekttransistoren mit dem einen Pol und bzw. 100) und die Steuerelektrode des jeweils die zweite Elektrode des jeweils zweiten Feldeffektzweiten Feldeffekttransistors (130 bzw. 230) mit transistors mit dem anderen Pol einer Spannungsder zweiten Elektrode des zweiten Feldeffekt- quelle verbunden ist, daß die zweite Elektrode jedes transistors (112 bzw. 212) des jeweils gleichen Si- 30 ersten Feldeffekttransistors mit der ersten Elektrode gnalkanals _v100 bzw. 200) gekoppelt ist, und daß des zugeordneten zweiten Feldeffekttransistors verjeweils eine Ausgangsklemme (134 bzw. 234) mit bunden ist, daß die Steuerelektrode des jeweils ersten der zweiten Elektrode des jeweils ersten Feld- Feldeffekttransistors mit der zweiten Elektrode des effekttransistors (132 bzw. £ 2) verbunden ist. zweiten Feldeffekttransistors des jeweils anderen Si-

2. Differenzverstärker nach Anspruch 1, da- 35 gnalkanals und die Steuerelektrode des jeweils zweidurch gekennzeichnet, daß für jeden Signalkanal ten Feldeffekttransistors mit der zweiten Elektrode (100 bzw. 200) zwei weitere Feldeffekttransistoren des zweiten Feldeffekttransistors des jeweils gleichen (122 und 126 bzw. 222 und 226) vorgesehen und Signalkanals gekoppelt ist, und daß jeweils eine Ausmiteinander und mit den übrigen Teilen des gangsklemme mit der zweiten elektrode des jeweils Differenzverstärkers in der Weise verbunden 40 ersten Feldeffekttransistors verbunden ist.
sind, daß die Steuerelektrode des jeweils ernten Durch die vorstehend beschriebene Ausbildung

der beiden Feldeffekttransistoren (122 bzw. 222) mit der zweiten Elektrode des jeweils zweiten Feldeffekttransistors (112 bzw. 212) des Signalkanals (100 bzw. 200) verbunden ist, daß die zweite Elektrode des jeweils ersten der beiden Feldeffekttransistoren (122 bzw. 222) mit der Steuerelektrode des jeweils zweiten der beiden Feldeffekttransistoren (126 bzw. 226) verbunden

des Differenzverstärkers wird die gewünschte Symmetrierung des Ausgangssignals des Differenzverstärkers auf einfache und zuverlässige Weise erreicht.

Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung an Hand des in der Zeichnung dargestellten Schaltbildes eines Differenzverstärkers nach der Erfindung näher beschrieben und er-

ist, und daß die zweite Elektrode des jeweils 50 läutert wird,
zweiten der beiden Feldeffekttransistoren (126 Der in der Zeichnung dargestellte Differenzverstär-

bzw. 226) mit der Steuerelektrode des zweiten ker weist zwei gleiche Signalkanäle 100 und 200 auf. zum Signalausgangsglied des jeweils gleichen Si- Da die verschiedenen Bauelemente jedes Signalkanals gnalkanals (100 bzw. 200) gehörenden Feld- mit den entsprechenden Bauelementen des anderen effekttransistors (130 bzw. 230) und mit der 55 Signalkanals übereinstimmen, sind einander entspre-Steuerclektrode des ersten zum Signalausgangs- chende Bauelemente in den beiden letzten Stellen der

~ Bezugsziffern gleich bezeichnet, und die Bauelemente

des Signalkanals 100 zeigen an erster Stelle eine »1«, während die Bauelemente des Signalkanals 200 an erster Stelle mit einer »2« bezeichnet sind.

Eine erste Eingangsspannung V_1n (gemessen gegenüber einer Bezugsspannung, die als Erdpotential dargestellt ist) wird einer Eingangsklemme 102 des Signalkanals 100 zugeführt, während eine zweite Ein-

glied des jeweils anderen Signalkanals (200 bzw. 100) gehörenden Feldeffekttransistors (232 bzw. 132) verbunden ist.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Differenzverstärker mit zwei gleichen Signalkanälen, die min-

destens je zwei Feldeffekttransistoren mit je einer 65 gangsspannung Puderen Wellenform gegenüber dem

ersten und einer zweiten Elektrode und einer Steuer- der Eingangsspannung V_1n einen komplementären Ver-

eiektrode umfassen. lauf hat, an eine Eingangsklemme 202 des Signal-

Ein solcher Differenzverstärker ist aus der US-PS kanals 200 angelegt wird. Mit dem Ausdruck »korn-

plementärer Verlauf der Wellenform« ist gemeint, dall dann, wenn die Wellenform der Spannung v₍„ sich in positiver Richtung ändert, sich die Wellenform der Spannung v_/n in gleichem Maße in negativer Richtung ändert, und umgekehrt. Die Eingangsspannungen v,„ und V_1n können beliebige Wellenformen aufweisen, z. B. rechteckige, sinusförmige, sägezahnartige usw. Da jedoch eine Amplitudenbegrenzung eintreten k«nn, wenn die Eingangssigna'rtmplitude

Um einen Kurvenverlauf der Ausgangsspannung mit symmetrischen Anstiegs- und Abfallzeiten zu erzeugen, ist bei einem bevorzugten Ausführuiigsbeispiel jedem Signalkanal eine Gegenkontaktanordnung zugeordnet, die zwei in Serie geschaltete Feldeffekttransistoren umfaßt. Im einzelnen ist im Signalkanal 100 ein Feldeffekttransistor 130, zweckmäßigerweise ein MOSFET, mit seiner Kollektor-Elektrode mit der Spannungsversorgungsklemme 120 und mit seiner

genügend groß ist, ist die Schaltungsanordnung be- ίο Emitier-Elektrode mit der Kollektor-Elektrode eines sonders zur Verstärkung von Spannungen mit kleiner weiteren Feldeffekttransistors 132, ebenfalls zweck-Amplitude geeignet. mäßigerweise ein MOSFET, verbunden, dessen

Emitter-Elektrode mit Masse verbunden ist. Die Gate-Elektrode des FET 130 ist mit der Kollektor-Elektrode des FET 126 im Signalkanal 100 verbunden, während die Gate-Elektrode des FET 132 mit der Kollektor-Elektrode eines Feldeffekttransistors 226

Die Eingangsklemme 102 ist mit der Gateelektrode eines Feldeffekttransistors (FET) 104 verbunden, der vorzugsweise als Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) ausgebildet ist. Seine Emitterelektrode ist mit der Emitterelektrode eines entsprechenden FET 204 im Signalkanal 200 verbunden. Ein im wesentlichen konstanter Strom wird

im Signalkanal 200 verbunden ist. Die Ausgangsspannung v_oul des Signalkanals 100 kann an einer

an die FETs 104 und 204 von einem als Strom- ao Ausgangsklemme 134 abgenop~<nen werden, die mit

quelle dienenden Feldeffekttransistor 10 abgegeben, der zweckmäßigerweise ebenfalls ein NxOSFET ist. Die Kollektor-Emitter-Strecke des FETlO ist zwischen die miteinander verbundenen Emitter-Elektroden miteinander verbundenen Emitter- und Kollektor-Elektroden der FETs 130 und 132 verbunden ist. Wie oben bemerkt, ist die Anordnung der Bauelemente im Signalkanal 200 die gleiche wie die im

den der FETs 104 und 204 und Erdpotential ge- 25 Signalkanal 100; daher wird der Signalkanal 200 schaltet. Der FET 10 ist vorzugsweise so vorgespannt, nicht in Einzelheiten beschrieben. Es muß jedoch bemerkt werden, daß die Gate-Elektrode des zur Gegentaktanordnung gehörenden FET 232 des Signal

kanals 200 mit der Kollektor-Elektrode des FET 126

und hat eine Wellenform, die komplementär zu der Wellenform der Ausgangsspannung v_out des Signalkanals 100 ist.

Beim Betrieb der Schaltungsanordnung wird die Eingangsspannung V_1n durch den FET 104 verstärkt. Die Gleichspannungskomponente der Spannung an der Kollektor-Elektrode des FET 104, die wegen der Spannung — V_GG am Widerstand 106 entsteht, wird

daß er sich leitend im Sättigungszustand befindet, indem eine passend bemessene Spannung — V_c, die an
der Spannungsversorgungsklemme 12 ansteht, an die
Gate-Elektrode des FET 10 angelegt wird. Die Span- 30 im Signalkanal 100 verbunden Lt. Die Ausgangsnung — Vc kann beispielsweise —7 V betragen. spannung des Signalkanals 200 ist mit v_ou, bezeichnet

Die Kollektor-Elektrode des FET 104 ist über
einen Widerstand 106 mit einer weiteren Spannungsversorgungsklemme 108 verbunden, die eine Spannung -Vq₀ von z.B. —26 V führt. Die Kollektor- 35
Elektrode des FET 104 ist außerdem durch einen
Gleichstrom abblockenden Kondensator 110 mit der
Gate-Elektrode eines weiteren Feldeffekttransistors
(FET) 112 verbunden, der zweckmäßigenveise ebenfalls ein MOSFET ist und dessen Emitter-Elektrode 40 durch den Kondensator 110 abgeblockt. Die Gleichmit Masse verbunden ist. Zwischen der Gate-Elek- Spannungskomponente der Spannung an der Gatetrode und der Emitter-Elektrode des FET 112 ist eine Elektrode des FET 112 wird durch die Klemmdiode leitende Verbindung mit Richtwirkung in Form einer 114 im wesentlichen auf Erdpotential festgeklemmt, Klemmdiode 114 vorhanden, deren Anode mit der wodurch sichergestellt wird, daß die Wechselspan-Gate-Elektrode und deren Kathode mit der Emitter- 45 nungskomponente dieser Spannung gegenüber Erd-Elektrode des FET 112 verbunden ist. Ein die Vor- potential negativ ist. Die. Spannung an der Gatespannung bestimmender Widerstand 116 ist zwischen Elektrode des FET 112 wird durch den FET 112 die Gate- und die Kollektor-Elektrode des FET 112 verstärkt, und es erfolgt eine weitere Verstärkung eingeschaltet, während die Kollektor-Elektrode dieses durch die FETs 122 und 126. Wenn die Amplitude FET über einen Lastwiderstand 118 mit einer weite- 50 der Eingangsspannung V_1n so groß ist, daß der Abren Spannungsversorgungsklemme 120 verbunden ist, stand von Spanmingsspitze zu Spannungsspitze an

der Gate-Elektrode des FET 112 größer ist als die Schwellensppnnung V_1n für den FET 112, wird der FET 112 beim Überqueren dei Schwellenspannung zwischen dem leitenden und dem nichtleitenden Zustand hin- und hergeschaltet. Wenn der FET Strom in genügendem Maße leitet, ist der FET nichtleitend und der FET 126 leitend, und umgekehrt, wenn der FET 112 nichtleitend ist.

Die Eingangsspannung V_1n wird im Signalkanal in der gleichen Weise verarbeitet, wie es oben tür die Verarbeitung der Eingangsspannung V_1n im Signalkanal 100 beschrieben worden ist, und es wird an der Kollektor-Elektrode des FET 226 eine Spannung V₁

des FET 126 ist an Masse gelegt, während die KoI- 65 erzeugt, deren Wellenform komplementär zu der lektor-Elektrode Über einen weiteren Widerstand 128 Wellenform der Spannung v. ist, die an der Kollektor-

an der eine Spannung —V_DD von z.B. —13V ansteht.

Die Kollektor-Elektrode des FET 112 ist weiterhin mit der Gate-Elektrode eines weiteren Feldeffekttransistors 122 verbunden, der zweckmäßigenveise ebenfalls ein MOSFET ist. Die Emitter-Elektrode des FET 122 liegt an Masse, wogegen die Kollektor= Elektrode über einen weiteren Widerstand 124 mit der Spannungsversorgungsklemme 120 verbunden ist. Die Kollektor-Elektrode des FET 122 ist außerdem mit der Gate-Elektrode eines weiteren Feldeffekttransistors 126 verbunden, der wiederum zweckmäßigerweise ein MOSFET ist. Die Emitter-Elektrode

mit der SpannungrVersorgungsklemme 108 verbunden ist.

Elektrode des FET 126 im Signalkanal 100 ansteht. Wenn die Soannune v. sich in oositiver Richtung

ändert, nimmt der Stromfluß durch den FET 130 ab und die Spannung über dem FET 130 wird vergrößert. Da sich jedoch die Spannung V₁ zu diesem Zeitpunkt in negativer Richtung ändert, nimmt der Stromfluß durch den FET 132 zu und es nimmt die Spannung über dem FET 132 ab. Als Ergebnis nimmt die Größe der Eingangsspannung v_oat an der Ausgangsklemme 134 ab. Weiterhin vermindert eine Änderung der Spannung V₁ in positiver Richtung den Stromfluß durch den FET 232 und erhöht die Spannung über dem FET 132, wogegen die zugehörige Änderung der Spannung^ in negativer Richtung den Stromfluß durch den FET 230 erhöht, wodurch die Spannung über dem FET 230 vermindert wird. Daher nimmt die Größe der Spannung V_oul an der Ausgangsklemme 234 zu. Veränderungen der Spannungen V₁ und V₁, die entgegengesetzt zu den eben beschriebenen verlaufen, rufen entsprechend entgegengesetzte Veränderungen bei den Ausgangsspannungen v_uot und V₀₁₁₁ hervor.

Alle Bauelemente eines erfindungsgerriäßen DUTerenzverstärkers, also die Feldeffekttransistoren, Widerstände, Kondensatoren, Dioden und leitenden Verbindungen können auf einem einzigen Halbleitersubstrat unter Anwendung der MOS-(Metalloxid-Halbleiter-)Technik hergestellt werden. Die vorliegende Erfindung ist daher in der Lage, einen Differenzverstärker von außerordentlich geringer Größe und niedrigem Gewicht zu schaffen, der in hohem

ίο Maße mit integrierten elektronischen Schaltungsanordnungen kompatibel ist.

Im Ausführungsbeispiel ist die Schaltungsanordnung als mit negativen Versorgungsspannungen arbeitend dargestellt, wie sie für P-Kanal-Feldeffekttransistören benötigt werden, d. h. für Bauelemente mit Emitter- und Kollektorgebieten vom P-Typ in einem Halbleitersubstrat vom /V-Typ. Es versteht sich, daß W-Kanal-Feldeffekttransistoren jedoch ebenfalls verwendbar sind und in diesem Fall wären positive Ver-

ao sorgungsspannungen anzuwenden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:
1, Differenzverstärker mit zwei gleichen Signalkanälen, die mindestens je zwei Feldeffekttransistoren mit je einer ersten und einer zweiten Elektrode und einer Steuerelektrode umfassen, dadurch gekennzeichnet, daß dem zweiten Feldeffekttransistor (112 bzw. 212) jedes Signalkanals ein Signalausgangsglied nachgeschaltet
3 317 850 bekannt. Bei dem bekannten Verstärker sind die beiden Feldeffekttransistoren jedes Kanals in Serie geschaltet, und es werden die Ausgangssignale jeweils an einem mit einer Elektrode des zweiten Transistors in Serie geschalteten Lastwiderstand abgenommen.

Es besteht der Bedarf an einem Differenzverstärker, bei dem die Ausgangsspannung, wenn er mit Signalen mit zueinander komplementären Wellenfor-

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ist, das zwei im Gegentakt zueinander arbeitende _t0 men gespeist wird, symmetrische Anstiegs- und Ab

Feldeffekttransistoren (132 und 130 bzw. 232 und 230) mit je einer ersten und einer zweiten Elektrode sowie einer Steuerelektrode aufweist, daß die erste Elektrode des jeweils ersten der beiden Feldeffekttransistoren (132 bzw. 232) mit dem einen Pol und die zweite Elektrode de.s jeweils zweiten Feldeffekttransistors (130 bzw. 230) mit dem anderen Pol einer Spannungsquelle verbunden ist, daß die zweite Elektrode jedes ersten Feldeffekttransistors (132 bzw. 232) mit der ersten Elektrode des zugeordneten zweiten Feldeffekttransistors (130 bzw. 230) verbunden ist, daß die Steuerelektrode des jeweils ersten Feldeffekttransistors (132 bzw. 232) mit der zweiten

fallzeiten hat, um Signalverzcrrungen durch unterschiedliche Anstiegs- und Abfallzeiten zu vermeiden. Der bekannte Verstärker genügt diesen Forderungen nicht. Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugründe, einen Verstärker der eingangs beschriebenen Art so auszubilden, daß ein Kurvenverlauf der Ausgangsspannung mit symmetrischen Anstiegs- und Abfallzeiten erzielt wird.