DE2147400C3 - Schaltverstärker - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schaltverstärker für näre Datensignale, bei dem eine Eingangsschaltung irgesehcn ist. an deren Ausgänge eine Differenzhaltung angeschlossen ist. Derartige SchaltungsannrdiHinuen werden \or allem in Verbindung mn Datenspeichern benutzt. Aus diesem Cirund miiü eine lirol.'e Anzahl verschiedenartiger Anordnungen bekanntgeworden, die Lösungen iür jene Probleme aiibieten"! welche im Umgang mit gespeicherten Dalensiunalen auftreten.

^Die Amplitude ausgelesener Datensignal ist meist sehr klein und soll Trotz des möglichen Auftretens starker Störsignale verstärkt werden. Durch die immer

in weitergehende Integration bei der Herstellung von Datenspeichern machen sich jedoch bisher wenig störende Erscheinungen nachteilig bemerkbar. So sind aufgelesene Datensignal in der Amplitude beispielsweise von Temperatur- und Siromversorgungsschwan-

klingen abhängig, die in vielen der bisher bekannten Schaltungsanordiiungen nicht kompensiert zu werden brauchten. Außerdem liegt es nahe, niciit nur integrierte bzw. monolithische Speicher selbst herzustellen, sondern auch die zugehörigen Schaltungen in der-

selben Weise aufzuhauen. Dazu eignen sich prinzipiell Schaltkreise, die nur aus Halhleiierschaltelementeii und Widerständen bestehen, d. Ii. keine Kapazitäten oder Induktivitäten enthalten.

Wenn berücksichtigt wird, daß in der Organisation

eines monolithischen Speichers die Ausgänge von z. B. 96 oder mehr Speicherplättchen zu einer einzigen Leitunu zusammengefaßt und an den Eingang nur einer Verstärker- urnfVcrriegelungsschaltung angeschlossen sind, dann ist die Forderung nach einer niedrigen Ein-

gangsimpedanz dieser Schaltung verständlich. Diese niedrige Impedanz muß für positive und negative Signale trotz Auftretens bipolarer Störsignale erhalten bleiben. Die gesamte Verstärker- und Verriegelungsschaltung bedarf somit einer großen Bandbreite, um

steile Anstiegstianken der Signale mit geringster Übertragungsverzögerung zu verarbeiten. Es ist auch eine stetige Regelung des Signalpegds wünschenswert, wie die bereits angedeutete Kompensation bei Temperatur- und Stromversorgungsschvvankungen.

Es ist bereits ein Leseverstärker bekannt, bei dem an die Ausgänge einer Eingangsschaltung eine Differenzschaltung angeschlossen ist. Die Eingangsschaltung weist vier zu einer Brücke zusammengeschaltete Transistoren auf. Sie dient dazu, die beim Lesen auf den Bitleitungen auftretenden Signale an die DifTersnz-

schaltung weiterzuleiten, andererseits jedoch die beim

Schreiben auf diesen Leitungen auftretenden Signale zu unterdrücken (britische Patentschrift 1 194 613).

Bei einem weiteren bekannten Leseverstärker werden die Lesesignale direkt den Eingängen eines Differentialverstärkers zugeführt. Die Bildung eines Schwellenwertes erfolgt hier mit Hilfe von in dem Differentialverstärker angeordneten Widerständen (deutsche OfTenlegungsschrift 1 802 291).

Es ist dagegen die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schaltverstärker für binäre Datensignale anzugeben, der eine sehr niedrige Eingangsimpedanz besitzt. Weiterhin soll er in der Lage sein, durch Tempcraturschvvankungen bedingte Änderungen der Eigen-

^fio schäften der Schaltungselemente sowie Schwankungen in der Versorgung auszugleichen. Diese Aufgabe wird bei dem anfangs genannten Schaltverstärker erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Eingangsschaltung eine niedrige Eingangsimpedanz besitzt und auf einen Schwellcnstrom vorgespannt ist. Vorzugsweise enthält die Eingangsschaltung zwei Transistoren in Basisschaltung. Diese sind vorteilhaft so vorgespannt, daß bei Fehlen eines Eingangssignal die Summe aus

3 f 4

Jem Schwellenslrom und dem Strom im ersten Tran- von 7 V verbunden. Per Kollektor eines 1 ^l-^inMsl1^;

„stör gleich dem Strom inwueiieu Transistor ist. Pie 7 10 ist ebenfalls an diese Spannungen!....^lL ; <f

Kollektoren der Transistoren können dabei mit der schlossen, wahrend die Basis von / l»^{iin l}"^L .

Pifieren/schaltung verhunden sein, während die Basen dung /wischen «12 und f 9 geschaltet ist. ι ei . ^

/usammengeschlossen und mit einer Be/ugsspannungs- 5 von 71(1 ist an zwei W idersiaiieie K> unu λ - -

quelle und die Emitter mit dem Signaleinfanu verhun- schlossen. P.e gezeigte Schaltung ist sv mmeii ise .

den sind. Dahei kann in |cde Emiiierleitung der beiden gebaut. Pie Spannungsquelle mit ' , '*.*

Transistoren ein Widersland geschaltet sein, wobei in Kollektoren zweier Transistoren / Il unu / -

.\hhänaiukeit vom Sehwellenstrom der Widerstand in schlossen. Die Basis von 7 11 ist an die Nenn r

der Fmiuerleitunu des ersten Transistors »röl'er .st als .o /wischen «5 und dem Kollektor von 71 und de tij

derjeniüe in der Emiucrleitung des/weiten Transistors. von 712 an die Verbindung /wischen Rb u.ui

Fs ist weiterhin vorteilhaft eine mit dem Siüiialemgang Kollektor von 72 geschaltet. Per hmiuer ^vo" ' .

verbundene Konstantstron-.m.elle vorgesehen. über eine Ueihe von Dioden 7 3. 715 und 7 Π ai dt

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines in Kollektor eines Transistors / 19 und tue in. ι

den Fiauren dar^esiellien Ausrührun-sbeispieles näher i₅ Transistors 720 angeschlossen. In. ahnlitnu ««■

heschn.-ben "" ^ der Emitter von 712 über eine Reihe von Dioden / n.

£ ,cS ■ 7-16 und 718 mit dem Kollektor eines Transistors 722

F ig/l ein Schaltbild der \ erstärkersiufe eines und der Bas.s eines Transistors 721 ^bunden. ' »■

Schaltverstärkers, Kollektoren von 720 und 72! ,meI nuten,ant. und

FiP 2 ein Schaltbild der Verrienelun^uife eir.es 20 mit der Spannungsqiielie von "..-^v, , ' ".' _n„_r

Schalnerstärkers. ' Basen von 719 und 722 hegen au. Erdpotenu K

F i g. 3 ein vereinfachtes Sehallbild der Eingangs- Emitter von 719 ist über den W.derstane, Il . η eme

stufe des Schaltverstärkers nach F i g. 1. Spannungsquelle von -3 V ^^^Iossck η ahn-

F i u 4 ein vereinfachtes Schaltbild der Eingangs- licl.,r Weise sind die Widerstände Λ9, ΛIU met ««

stufe mit besonderer Darstellung der Eingangsbegren- ,5 zwischen die Spannungsquelle von 1 ν una

,,,.„ Emitter der Transistoren 720. 721 und /11 geieL. lj><*

_zunc

Emitter der Transistoren 720. 721 un gg

FiB. 5 ein vereinfachtes Schaltbild der Eingangs- Ausgangssignale der beschriebenen Verstarkerstutee-

stufe, welches die Kompensation von Versorgung*- hält man an den Punkten Λ und B bzw. an den t.m.i-

schwanklingen für einen monolithischen Speicher tem von 720 und 721.

„igt 30 Im Zusammenhang mit der F . g. 2 wird jetzt die

F i g. 6. 7. 8 Schaltbilder, die die Kompensation von Vcrriegelungsstufe genauer beschrieben. Den Lmg'¹ "Tg

durch Temperaturscluvankuncen bedingten Änderun- zur Verriegelungsstufe stellen d.e Punkte A una a oar.

gen «iecn. und * * die jeweils mit einer der Basen von Transistoren 723

Fig. 9 den Verlauf verschiedener, während des und 724 verbunden sind, wobei A und ö den aus

Betriebs im Schaltverstärker auftretender Spannungen 35 gangspunkten der Schaltung in F ig. 1 ^entsP^rec" j

bzw Ströme Die Emitter von 723 und 724 sind miteinander und

Im Zusammenhang mit F i g. 1 wird zuerst die Vcr- mit dem Kollektor eines Transistors 73, «^nden

stärkerstufe des Schaltverstärkers beschrieben. Das Der Emitter von 737 ,st mit dem Em, ter β meM1 ran Eingangssignal ist gewöhnlich ein negativ verlaufender sistors 738 verbunden, mit dem er^eine^ ^Strom^^er Stromimpuls, welcher an dem Knotenpunkt eintrifft, 4« nahmeschaltungb.ldet. sowie mit den ^»^"^

der den Widerständen R1 und Λ3. dem Transistor 78 Transistoren 741 und 742. De Bas,_S von 737^über und der Diode 73 gemeinsam ist. In dieser Beschrei- die aus einem Widerstand Λ13 and Dioden 746 und bun, werden Dioden und Transistoren mit dem Buch- 745 bestehende Senenschahung mit Erue verb"^" stäben ,7', bezeichnet, da die Dioden durch Verbin- und außerdem mit e.nem Widerstand Λ15 der seine dung von Basis und Kollektor der Transistoren herge- 45 seits mit der Spannungsquelle von -OV verbu η den ist stelh werden, wie es z. B. bei der Diode 743 in F i g. 2 An diese Spannungsquelle «nd ebenfalJd c Cm.tier gezeigt ist. In der Tabelle 1 sind Werte für die einzelnen von 741. 742 und einer D'°^/_c« "g^^c Widerstände angegeben. Diese Widerstandswerte die- zusammen ma dem an E dpo ent.al gelegten, vs ^c nen lediglich als Beispiel und stellen keinerlei Be- stand R17 eine Stromquelle bi den Der V\,d rstad schränkung dar. Entstehendes gilt für die Vor- 50 R17 .st mit den,Basen von 741 742 und 743 s ^c spannungswe.-te an den verschiedenen Anschlüssen. mit dem Kollektor von 743 vejundcn D^e Sp. Der in F i g. 1 gezeigte Emitter von 78 ist mit e.nem nungsquelle von -3 V ist auGeroein . η den Widerstand Λ26 verbunden, welcher wiederum an stand Λ16 angeschlossen. ^d" ^.«>ts wieder m eine Spannungsquelle von -3 V angeschlossen ist. dem Emnter eines Transisto s Γ39 mV bindung Der untere Anschluß von Rl ist an die Basis von 78 55 sieht Der Ko lektor νχ,η 739 «wn emc S annu gelegt und weiterhin mit einer Diode 75 und einem quelle von - 125 V f 8^CS^°J^5C"' "JJ _{Der andcrc} Widerstand Ä2 verbunden. Der Verbindungspunkt .st mit. eine m Widerstand,^24 ^^"^;^^, _für zwischen 73 und einer weiteren Diode 74 ist an eine Anschluß von RU hegt an eine Umgang!Me j^m Spannungsquelle mit -2 V angeschlossen. Der obere das Signal ^¹"⁵¹⁰"⁶";^",^' J^₂J 726und Anschluß von Λ3 ist mit dem Emitter eines Transistors 60 den Emittern von den T™™g™™u"Zn\ ^- 71 verbunden und ein Widerstand R4 ist an. den verbunden. D'e Basis von Γ25 ist an^rcjotcnt Emitter eines Transistors 72 angeschlossen. Die Basis legt, wahrend die Ba s von ™ ^ ^emen

⁶⁵ T^

mit dem Kollektor \οπ 773. dem Widerstand «20 und einen Sehwellenwertstrom von (l.'linA ausgelegt ist, der Uasis eines Transistors 7 30 verbunden. Die KnI- muli der Strom durch Rl gleich der Summe von lektoren von 7 24 und 775 sind miteinander und mit 0.') ηιΛ und dem Strom durch «1 und den Kollektor einem Widerstand Rl\ sowie mit der Uasis eines von 78 sein, »ei den gegebenen Widcrstandsvverten be-Ininsislors 728 verbunden. Der Kollektor von 7 2S 5 trügt der Strom durch Kl etwa I .95 ιηΛ. während der ist mit dem Kollektor \on TM) an die Spannungs- Strom durch R 1 etwa 0.65 in.Λ stark ist. Der Kollektorquelle von 2 V angeschlossen. Die beiden anderen strom von /8 betragt d inn etwa 0.4 m/V Wenn der Anschlüsse von Λ20 und Rl\ sind miteinander und Schwellenwertstrom von 0.9 m A über den Lingangsmit dem Imitier eines Iransistors 7 33 verbunden. knotenpunkt fließt, werden unter diesen »edingungen Line Spannungsc|uclle von 7 V ist an den Kollektor io beide I.miller der I lansistoicn 7 1 und 7 2 auf demvon /'33 und einen Widerstand R 19 angeschlossen. selben l'oleiüial gehallen, so daß der Differentialaus-Das andere linde von «19 ist mit der »asis von 7 33 gang /wischen <.kn Basen von 711 und 7 12 den Wert und der die Dioden 734. 735. 736 und den Wider- Null haben muli.

sland K 18 umfassenden Serienschaltung verbunden. Der vereinfachte Schaltkreis in Γ ι g. 3 zeigt nur die

wobei R18 an lirdpolciitial liegt. Der limitler von /30 15 wesentlichen lilemenle der »asisschallung. Das Imist mit einem Widerstand RlTi und der Uasis eines gangssignal ist als eine Stromquelle zur lirdc darge-Transistors 7 31 verbunden. Der Kollektor vrn /31 stellt, und ein Kondensator (" ist eingefügt, um die ist an d;n Kollektor eines Transistors /32 und an die hohe äquivalente Kapazität an diesem Punkt, wie be-Slromqucllc von 1.25 V angeschlossen, »asis und schrieben, zu zeigen. Wenn ein monolithisches Spei-Lmitter von 731 und 732 sind ebenfalls miteinander 20 cherplätlchcn in den Zustand hoher Leistung gebracht, verbunden, so daß diese Transistoren das Äquivalent jedoch noch keine /eile adressiert wird, dann IlieKeη eines einzelnen größeren Transistors bilden, um höhere [)}) m,\ durch die äquivalente Stromquelle. Nach dem Ströme führen zu können. Das Ausgangssignal wird Zugriff fällt der Strom auf 0.2 111Λ ah. wenn der /ellenvon den limittern von 731 und 732 abgenommen. ausgang eine binäre ·■()<■ anzeigt. Lin solcher Stroni-

Is foliit die Tabelle mit beispielsweise!! Werten der 25 abfaM reduziert den Strom durch den Transistor TY in den Y i 11. I und 2 enthaltenen Widerstände: und führt zu einem positiveren Aiisgangssignal an

seinem Kollektor. Umgekehrt erhöht ein »I "-Lingang

Tabelle I den Signaistrom auf 2 111Λ und damit den Strom durch

Widerstand Wert TY. wodurch am Kollektor von 7T ein negatives Aus-

H\ 2.0 kOhm 3° gangssignal hervorgerufen wird. Somit erhält man vom

#2 0,67OkOIiHi Kollektor von TY ein Ausgangssignal ohne v.csent-

#3 * 10 Ohm liehe Verzögerung trotz der Kapazität C". Das ist auf

#4 10 Ohm die Tatsache zurückzuführen, daß 71' bereits im line-

#5 0.3 kOhm arcn »ereich leitet, bevor ein Lingangssignal einpfan-

Hf, 0,3 kOhm 35 gen wird. Die Stromändcrung am Eingangsknoten-

#7 . .'* 1.1 kOhm punkt. hervorgerufen durch eine >1« oder ·>0«. ändert

HS 1.1 kOhm das Potential am Hingangsknotenpunkt um nur etwa

#9 l,5kOhm ISmV. Im entsprechenden Teil der Schaltung der

# to _£ 1,5 kOhm Fig. 1 beträgt dieser Spannungsabfall ungefähr 27 mV

H\\*. 0,38 kOhm 40 wegen des kleinen zusätzlichen Abfalles über R3.

HU 1.52 kOhm Die in F i g. 3 gezeigte Schaltung arbeitet als FJn-

H 13 0,1 kOhm gang mit niedriger Impedanz für den Schaltverstärkei

H 14 0.1 kOhm bei Fehlen eines positiven Störstromes. Treten solche

His 3 kOhm Störströme jedoch mit Amplituden auf. die den Signal

H16^W 3 kOhm 45 strom und den Vorspannungs-Gleichstrom über

-#l7~.' 1.0 kOhm schreiten, dann wird TY abgeschaltet und dadurch zi

HlS 0,25 kOhm einer extrem hohen Impedanz. Die Erholuiiirszeit vor

H19 2.2 kOhm TY wird außerordentlich lang, und die Vorteile eine:

H20 0,25 kOhm Einganges mit niedriger Impedanz gehen somit ver

#21 0,25 kOhm 5° loren. Um einen Eingang mit niedriger Impedanz aucl

#22 3 kOhm bei derartigen bipolaren Störungen zu erhalten, is

#23 1 kOhm gemäß Darstellung in F i g. 4 die Begrenzerdiode 73

#24 20 Ohm vorgesehen. In F i g. 4 ist der Störstrom durch eim

#25 20 Ohm Stromquelle dargestellt, deren Polarität der der Signal

#26 '.'. 9,3 kOhm 55 quelle entgegengesetzt ist. Alle Bauteile sind wiede

gleich numeriert wie die entsprechenden Teile ii

Die Arbeitsweise des beschriebenen Schaltver- Fig. 1, jedoch der besseren Unterscheidung wegei stärkers wird im folgenden erläutert: Um einen Ein- mit einem Doppelstrich versehen. So entspricht ζ. Ε gang mit niedriger Impedanz zu erhallen, ist eine Stufe 73 der Diode 73". Die in dieser Schaltung verwende in Basisschaltung, welche die Transistoren 71 und 72 60 ten Dioden haben einen Vorwärts-Spannungsabfa umfaßt, vorgesehen. Die Basen von 71 und 72 sind von ungefähr 750 mV bei 25" C. Solange das PotentU miteinander und über Tl und 76 mit einer positiven am Eingang unter 2.75 V bleibt, leitet also 73 nich Spannungsquellc von ---2 V verbunden. Am Eingang wesentlich. Wenn der Signalstrom bei 0,9 mA liegt un wird ein Schwellenwert festgelegt, indem man die keine Störung vorliegt, liegen bei den gegebenen Wei Widerstände R\ und Rl verschieden groß festlegt. 65 ten am Eingangsknotenpunkt ungefähr 2,71 V an. di Nach der Tabelle hat ßl einen Wert von 2 kOhm, nicht ausreichen, um die Diode 73 leitend zu machet während 111 einen Wert von ungefähr 670 Ohm be- Ist jedoch ein positiver Slörstrom vorhanden, dan silz.t. Unier der Annahme, daß der Schaltverstärker für wird 73 leitend und legt den Eingangsknotenpunkt b.

7 8

ungefähr 2.75 V fest, so daß am Hingang die niedrige Wenn 730 somit eingeschaltet ist, werden die Basen Zeitkonstantc aufrechterhalten wird. 7*3" wird so ge- von 731 und 732 auf einen oberen Pegel gebracht und wählt, daß ihr Spannungsabfall gegenüber dem von diese Transistoren dadurch eingeschaltet, so daß ein 71". 77" und 76" etwas größer ist, um die Leitung positives Ausgiingssigmil geliefert wird. Hin solches von 7*3" beim Fehlen son Störströmen weiter zu rcdu- 5 positives Ausgangssignal zeigt eine binäre ■>!» an. was zieren. Fine gute Übereinstimmung der Übergangs- auch aus dem Diagramm in I- i g. 9 zu ersehen ist. spannungen ist nicht notwendig, reduziert jedoch die Die beiden Transistoren 731 und 732 liefern in Par-HingangsspaniHingsahwcichung bei Störungen und allclsclialtung einen hohen Ausgangsslrom an nachscrkiiizt dadurch die Hrholungszcit nach dem Ver- folgende Schaltungen. Um den Ausgang auf dem schwinden der Störung. Fine derartige Hingangs- io positiven Pegel zu halten, wird der Finstcll-Anschluß schaltung mit niedriger Impedanz, die einen Vcr- jetzt positiv gemacht. Dadurch wird 739 eingeschaltet, stärker in Basisschaltung und eine Diodenbegrenzung wodurch wiederum 7 38 ein- und 7'37 ausgeschaltet enthält, kann natürlich in allen Arten von l.cscver- werden. Da 7'25 das höchste Basispotential der Transtärkern, Vcrricgclungsschaltungcn und anderen Schal- sistorcn 7'25. 726 und 727 besitzt, leitet dieser Trantungen verwendet werden, die sich wesentlich von den 15 sistor und bringt die Basis von 728 auf einen niedrigen in den F i g. 1 und 2 gezeigten Schaltungen unter- Pegel, falls dies nicht bereits der Fall ist. Solange der scheiden können. Hinstell-Anschluß auf einem positiven Pegel gehalten

Unter Bezug auf die Fig. 1,2 und 9 wird jetzt auge- wird, leitet daher 725 und hält die Basis von 727 auf nommcn. daß die VcrriegclungsschalUing aus einem einem unteren Pegel, ungeachtet des Zustandcs der vorhergehenden Zyklus eine binäre »1« gespeichert hat. 20 Signale an den Basen von 723 und 724. Das Aus-Fs wird die gesamte Arbeitsweise der Schaltung be- gangssignal wird daher auf dem oberen Pegel geschrieben. Wie im Impulsdiagramm der Fig. 9 zu halten, ungeachtet der Änderungen am Hingang,
sehen ist, ist der erste Impuls der an die Basis von Wenn eine binäre »0« im Schaltverstärker ge- 726 über Λ25 angelegte Rückstcllimpuls. Der Rück- speichert werden soll, ist der Punkt A positiver als der Stellanschluß wird normalerweise negativ und damit as Punkt ß, so daß 723 leitet.

726 gesperrt gehalten. Zum Rückstellen wird das Si- Dadurch wird die Basis von 730 auf einen unteren gnal am Rückstellanschluß auf einen positiven Wert Pegel gebracht und ebenfalls die Basen von 731 und ρ rbracht. Da der Einstellimpuls die Verriegelungs- 732, so daß diese Transistoren abgeschaltet werden, schaltung bei Fehlen eines Signaleingangsstromes eben- Der Ausgang befindet sich daher auf einem unteren falls zurückstellt, braucht der Rückstellimpuls nur 30 Pegel, der bestimmt wird durch die Komponenten in unter bestimmten Umständen benutzt zu werden. Der der nachfolgenden Schaltung, wobei dieser untere Rückstellimpuls ist nur in einer Einrichtung erforder- Pegel eine »0« anzeigt. Wenn 723 den größeren Strom lich, wo eine Anzahl von Verriegelungsschaltungen anteil leitet, neigt 724 zum Abschalten, wodurch die mit ihren Datenausgängen parallel verbunden sind. Basis von 728 und dadurch auch die Basis von 727 Die Verwendung des Rückstellimpulses verhindert ein 35 auf einen oberen Pegel gebracht werden. Wenn jetzt falsches Lesen von einer der anderen Verriegelungs- der Einstell-Anschluß positiv gemacht wird, schaltet schaltungen. 738 ein und 727 leitet nun an Stelle von 725, der beim

Der Einstell-Impuls wird normalerweise über Λ24 Speichern einer »1« leitend war. Wenn 727 leitet, weran die Basis von 739 angelegt, wobei der Einstell- den die Basis von 730 und dadurch auch der Ausgang Anschluß normalerweise auf einem positiven Pegel 40 von 731 und 732 auf einem unteren Pegel gehalten, gehalten wird. Wenn der Zustand eines Eingangs- Im Zusammenhang mit der F i g. 1 wird jetzt erklärt, signals gespeichert und am Ausgang ausgegeben wer- wie man die relativen Pegel an den Punkten A und B erden soll, wird der Einstell-Anschluß negativ gemacht. hält. Es wird nur die Bedingung einer binären »1« be-Dadurch wird 739 abgeschaltet und die Basis von 738 schrieben, da die Schaltung vollkommen symmetrisch auf ihren unteren Pegel gebracht, wodurch auch 738 45 ist. Mit einer »1« am Eingang leitet 71 mehr Strom und abgeschaltet wird. Die Transistoren 737 und 738 bil- die Basis von 711 wird daher negativer als die Basis den eine Stromübernahmeschaltung. Die Transistoren von 712. Dementsprechend wird die Basis von 720 741 und 742 haben eine hohe Kollektorimpedanz im auf einen niedrigeren Pegel gebracht als die Basis von linearen Bereich, so daß ein konstanter Strom über 721, wodurch auch der Punkt A auf einen niedrigeren sie fließt. Wenn 738 abgeschaltet wird, muß der ganze 50 Pegel gelangt als der Punkt B. Strom der Stromübernahmeschaltung (737 und 738) Wenn angenommen wird, daß Temperaturänderun· durch 737 fließen, der dann ebenfalls entweder durch gen und Änderungen in der Stromversorgung in enger 723 oder durch 724 fließt. Wenn der Eingangsstrom Toleranzgrenzen gehalten werden, dann arbeitet di< auf seinem Schwellenwert von 0,9 mA liegt, ist das Schaltung wie beschrieben und übernimmt die beab Potential an den Punkten A und B gleich und gleiche 55 sichtigte Funktion. In der Praxis führen jedoch Mitte Teile des Stromes fließen durch 723 und 724. Wenn zur Temperatur- und Stromversorgungskompensation angenommen wird, daß eine »1« am Eingang empfan- die in die Schaltung eingebaut sind, zu einer zuver gen wird, so daß der Punkt A negativer wird als der lässigeren Arbeitsweise. Die hier beschriebene Schal Punkt B, dann fließt ein größerer Teil des konstanten tung kompensiert vier verschiedene Arten von Ände Stromes durch 7*37 durch 724 und Λ21, wodurch die 60 rungen, und zwar: Basis von 728 auf ihren unteren Pegel gebracht wird.

Wenn 728 dadurch weniger Strom leitet, wird die 1. Änderungen in der Stromversorgung des vorge Basis von 727 auf ihren unteren Pegel gebracht, d. h. schalteten monolithischen Speichers (d. h. di

ein Potential, welches unterhalb des Pegels der Basis Versorgung mit +2 V),

von 725 liegt. Wenn also 723 auf seinem unteren S5 2. Einflüsse der Temperaturschwankungen im monc

Strompegel steht und 727 daher im wesentlichen ab- Iithischen Speicher,

geschaltet ist, wird die Basis von 730 auf ein höheres 3. Änderungen in der Versorgung des Schaltvei

Potential gebracht, weil kein Strom durch R20 fließt. stärkers (Spannungsquelle von —3 V),

4. Hinflüsse von Temperaturänderungen im Schaltverstärker. Diese Änderung tritt natürlich gleichzeitig mit der Tcmperalurändcrung im monolithischen Speicher auf.

Ls wird min im einzelnen die Kompensation der Änderungen in der aufgeführten Reihenfolge beschrieben. Hin Anstieg der Speisespannung über

2 V für den monolithischen Speicher resultiert in einem höheren Ausgangsstroni desselben sowohl für eine »I« als auch für eine >>()«. Das führt zu Problemen beim Lesen eines »On-Ausgangcs, da ein Strom von mehr als 0.2 mA fließen wird. Im Extremfall fließen also mehr als 0,2 mA am Eingang des Schallverstärkers, und die hohe Lesegeschwindigkeit ist bei Auftreten einer »0« nicht mehr ■-■-·--'-:-·.-' t~ .1^ Pravk entnehmen, daß der Schwellenwert in der nachfolgend angegebenen Beziehung ansteigt, wenn die Speisespannung ansteigt:

I Schwellenwert

Rl'¹'

1 RV"

. _{y3 jst dic Spannung} an der Basis von TV" be-

_wje ^ ^ _Gkkhung ,_{u crS}chen ist.

_djc ^_{n widcrslündc Rr}· _{und RT}~ _klcin

_{und der cnlsprccncnd}e Strom groß gehalten werden.

gegebene Potentialänderung an der Basis urrny _{dcs Schwe}„_{cnwerlC5 zu}

von / _g Speicher-Leseverstärker ist eine

Ir tie^ «

wüTischl. eine Potentialdifferen/. zwischen der Basis von Π und der Basis von Γ8 von ungefähr 2 V aulrcchtzuerhaltcn. Der Grund h.erfür geht aus der Be-Schreibung der Temperaturkompensation hervor Die B.sis von Γ8 wird durch den Spannungsabfall von »5 jeweils etwa 750 mV über den Dioden Γ5 und 747 auf ungefähr , 1.5 V gehaltem Die: Basis^ von Tl wjrc. durch die W- ⁽ £"ϊ: "Si⁸ _; ,Ξ

η ^ ^g?7 d Γ6 "uTtreten welche an die Span-Diodenr? ^{und T6} /v anSSchTosir^ sind die auch nungsquelle: von, _ 2 V' anges hlossen _{s n} den monohtmschen Spe eher versorg¹· Speisespannung des monolithischen bpeicners ei

TX (und Tl) ^et*^ds P⁰'¹¹¹^^"¹« und «4 relativ zu ^£ Wide .andswert und _Är» sehr groß gemacht

Schwellenwert

Schwellenwertstrom des Schaltverstärkers bestimmt wird durch die Ausgangsstrompegel des monolithischen Suchers, sollte zur Erzielung der gcwünschten Beziehung der Vorspannstrom in Ti"

^ ausschließlich von der Versorgungsspannung ab _sejn ^^ _{wjrd dje gezejgte Strom} „_{e par}.

β β unabhängig von der Ver-

ärun^Ugmit ; ! V gemacht. Durch^enutzung dieser Stromquelle für einen gegebenen Gesamtstrom (die _=f Hn^erströme ^.^

und

«2. Das erfordert jedoch J« ^ pensat.onsschaltung. welche Γ8 und .«

F ig. 5 zogt em vere.r,^« ^h.ltWd^«J ^ lchem der Transistor Γ8 und der W.derstano kxd u Stromquelle ersetzt wurden Eη sprechend^e Baute, wurden genauso w ie in F 1 g. ' b^eze'^c»^l^g^ooc" feesonderen Kennze.chnung zusatzhch nrit dre Sachen versehen. Es werden djsetaWer^ d.e Wder

stände l"Zl™™^m™-_a^_ch ⁿ _Rfi^TJ*o_eT Schwellensind. d. h.. es ist Rl gleich «1 usw uer ST ^

Sgf^ _{StrQm de}

e _{den r5 und} ^_{7 ter}

_m,t ^ ^ ^ _{Spannungsquelle yon} _. 3 _y ^^ Widerstand R26. Durch Einregeln der Werte für Rl ^enrta _man ^ g ^ _{Empfindlichkejl}

gegenüber Schwankungen in der Stromversorgung, wie gegen" ^ _{^^ _{β£Γ nen}_

J^ _Anordnung ^ ^ _Summe

der Ströme durch den Widerstand R1 und den Kollekabzüglich des Stroms durch Rl. Mit ande-

⁵⁵

Κ,Ϊ; Λ2- gleich 1.8 mA. Um die Anordnung auf den Schwelleinvert zu bringen^^^T.1

SS^ ste-gtlr^mpege. fOr *. und ,_;an. _Wenn die Speisespannung von -2 V fur den monolithischen Speicher ansteigt. Ebenso wird auch die Spannung an der Basis von Γ {erhöht Das Potential an der Basis von Π liegt ungefähr 1. V hoher ak dje Versorgungsspannung von ~2 V wegen des Span

Äefen ^οΤτί^τϊ^ί?? ΐ '? ίΤ5 w« ^me-r.A g _{auch die} ^ _dJ_{r Bam}g_{le in} Scna^tärker! da diese sich in derselben Umgebun,

EmUte Spannung _{Tem aturerhöhung ange}

ungriBhr m P ^_{ndern sich die}

»e Temperaturerhöhung um ung<

tändler ρ _diesei/_{Grunde ist eine Spannun}

tahr υ „ ^_{2 pw}„_{nscht Qa ejne %}

^" von 2 V uher einer Reihenkombination ve

Dii'tic und Widerstand einen mit der Temperatur konstanten Strom aufrechterhält, wird auch erwartet, daß der Strom durch Ri und Λ2 konstant bleibt. Da an dem aus 7 8 und Λ 26 bestehenden Schaltkreis ungefähr 4,5 V angelegt werden, ergibt sich daraus jedoch ein Stromabfall mit steigender Temperatur. In diesem lall ist daher der Widerstand das dominierende F.lcmeni für die Strombestimmung. In einem Temperaturbereich zwischen 25 und 85 C fällt die Basis-Emiltcrspannung von 73 um ungefähr 12OmV ab. Gleichzeitig steigt der Widerstandswert von Λ26ίιιτι etw:i Si⁰Z₀. Da die Widerstandsänderung dominierend ist. fällt der Kollektorstrom von 78 um 9° „ bei einer Temperaturerhöhung von 25 auf 85 C. Auch die Spannung über Λ26 fällt auf Grund der Änderung der Spannungsabfälle über 75, 78 und 747 um 12OmV. Der Strom durch 78 beträgt bei 25 C ungefähr 0.4 ιηΛ. Die genannte Temperaturerhöhung erniedrigt den Strom daher um 0,036 mA, so daß der Schwellenwcrtstrom des Schaltverstärker um 0.036 mA ansleii'.t. Obwohl dies ein relativ kleiner Anstieg des Schwcllenwertstromcs mit der Temperatur ist, handelt es sich zum mindesten um einen Schritt in der richtigen Richtung, der ein in höchstem Maße unerwünschtes Abfallen des Schwellenwertstromes ausschließt.

Die Einfügung der Reihenschaltung von Transistor 78 und Widerstand R16 mit Anschluß an die Spantningsquelle von 3 V vermeidet auch eine Änderung des Schwellenwertes im Zusammenhang mit einer Änderung der Spannung an der monolithischen Stromquelle 741, 743 und Λ17 (Fig. 2). Das Ausgangssignal des Schaltverstärkers ist abhängig von der aus den Transistoren Γ4Ι, 7"42, 743 und dem Widerstand K17 zusammengesetzten Stromquelle. Wenn der Wert der Spannungsquelle negativer als -3 V gemacht wird, wird auch das Ausgangssignal an den IZmittern der Transistoren 731 und 732 negativer, wenn es nicht kompensiert wird. Eine solche Spannungsänderung führt zu einem größeren Stromfluß durch 741 und 742 ui d somit auch durch Λ20 bzw. RH. Dadurch werden das Potential an der Basis von 730 und somit das Ausgangspotential gesenkt. Dieser Vorgang wird dadurch kompensiert, daß man das Potential am Punkt A in der Weise einstellt, daß der ganze zusätzliche Strom durch die monolithische Stromquelle über 724 fließt. Die Existenz der Spannung von in der Regel 3 V an der Reihenschaltung 78 bis /?26 führt bei Werten, die negativer als -3 V sind, zu einer Erhöhung des Emitterstromes von 71 und zu einem Spannungsabfall am Punkt A, welcher der Eingang zur Basis von 723 ist. Auf diese Weise wird die Stromführung von 723 herabgesetzt, und zwar genau um den Betrag, der erforderlich ist, um den Strom in Λ20 konstant zu halten. Dadurch wird die Abhängigkeit des Schwellenwertes des Schaltverstärkers bei Abweichungen der einen Speisespannung von dem Wert -3 V ausgeschaltet.

Beim Aufbau monolithischer Schaltkreise wird oft eine Reihe von Dioden zur Pegelvcrschiebung und Erzeugung einer Referenzspannung benutzt. In dem vorliegenden Schaltverstärker werden bei der Darstellung in F i g. 1 z. B. die Dioden 713. 715, 717 zur Verschiebung eines Spannungspegels zwischen dem Emitter von 711 und der Basis von 720 benutzt. In ähnlicher Weise werden die Dioden 714. T\f und 718 zur Peselverschiebung zwischen dem Emitter von 712 und der Basis von 721 benutzt. Hierbei wird in der Regel angenommen, daß jede Diode den Pegel um ungefähr 750 mV verschiebt. Dementsprechend ergibt eine Reihe von drei Dioden eine Pegelvcrschiebung von etwa 2,25 V. Der Basis-Emitter-Ühergang von Transistoren zeigt eine ähnliche Wirkung. In Fig. 2 beispielsweise treten zwischen der Basis des Transistors 733 und dem gemeinsamen Anschluß /wischen den Emittern von 731 und 7'32 drei Stufen von Basis-Emitter-Spannungsabfällcn auf. Bei einem angenommenen Spannungsabfall von 750 mV ist jedoch in Wirklichkeit noch eine Toleranz von 50 mV /u bcrücksichligen. Somit kann der Spannungsabfall /wischen Basis und Emitter (oder der Abfall über einer Diode) sich zwischen 700 und 800 mV ändern. Wenn drei derartige Dioden in Reihe gelegt werden, beträgt die Toleranz bereits 150 mV. Dadurch wird die An-/aiii der Dioden, die in Reihe gelegt werden können, bei den meisten Schaltungen stark eingeschränkt. Ali Beispiel soll die in F i g. 6 gezeigte Schaltung dienen, in der eine typische Pegelverschiebung vom Potential bei Γ10 auf das bei ^20 gezeigt wird. Zwischen dci Basis von 7100 und dem Ausgang C20 liegt dreimal ein Basis-Emitter-Spannungsabfall. Bei dieser Anordnung läßt sich ein Potential bei 1'2O vorhersagen, da« ungefähr 2,1 bis 2,4 V unter dem von !10 liegt. Dabe ist jedoch eine konstante Temperatur vorausgesetzt Da jede Diode eine Erniedrigung des Spannungsabfalls von etwa 2 mV pro Grad Temperaturerhöhung erfährt, ergibt sich eine zusätzliche Toleranz von 6 mV pro Grad am Punkt K20 in der in F i g. 6 gezeigter Schaltung. In einem Bereich zwischen 25 und 85 C beträgt die Temperaturtoleranz von K20 also weitere 360 mV.

Eine Möglichkeit zur Toleranzverringerung be einer derartigen Schaltung ist in F i g. 7 gezeigt. Di« dcrt gezeigte Schaltung eliminiert Temperaturtole ranzen. Eine Reihe von Dioden, deren Anzahl gleich der Anzahl der Basis-Emitter-Spannungsabfälle zurr Ausgang ist, ist an die Basis von 7100' angeschlossen Da die Temperatur aller Bauteile sich um, ungefähi denselben Wert ändert, ändert sich die Basis-Emitter spannung in allen Dioden um dcnse'ben Betrag und ii derselben Richtung. Das Potential bei K20' erhöht siel normalerweise mit steigender Temperatur auf Grünt eines Abfalles der Basis-Emitterspannungen. In de Schaltung nach F i g. 7 bleibt jedoch das Potential an Ausgang K20' konstant. Diese konstante Ausgangs spannung wird durch eine Reihe von Diode> 7400 7500 und 7600 geliefert, deren Basis-Emitter-Span nungsabfall mit einer Temperaturerhöhung abnimmt Diese Abnahme des Spannungsabfalles in der Dioden reihe bringt ein niedrigeres Potential an die Basis voi 7100' und gleicht dadurch den Effekt der niedrigere: Basis-Emitter-Spannung in 7100', 7200' und 730G aus. Diese Situation kann auch so betrachtet werden daß 7400 die Temperatureinflüsse auf den Transisto 7100'. 7500 die auf die Diode 7200' und 7600 die au die Diode 7300' ausgleicht.

Wie bereits erwähnt wurde, müssen Signale oft vo einem Spannungspegel auf einen anderen verschöbe werden. Eine solche Situation ist in Fig. 8 gezeigi wo das Potential am Kollektor von 7800 das Au? gangssignal bei K20" bestimmt. 7100" dient als ein Stromquelle und ist immer eingeschaltet. Wenn 7200 und 7300" ebenfalls eingeschaltet sind, dann wird di Spannung bei ^2O" bestimmt durch die Basis-Emittei Spannungsabfälle von 7100", 7200" und 7300". bc zogen auf die Spannung an der Basis von 7100". Di Spannung bei Γ20" ist daher den bereits beschriebene Toleranzänderungen durch Temperatureinflüsse aus

ier.cl/1. Durch den zusätzlichen Einbau der in Reihe •esehallcien Dioden 74(HV. 7'5(HI' und 7'6(M)' werden Jiese Änderungen kompensiert.

Die in E i μ. .< gezeigte Schaltung kann auf die Schaltung der E i g. 2 bezogen werden, wo eine ebenlolche Maßnahme durchgeführt wird, um den Auscangspegel bei Änderungen der Werte der Bauteile in Ahhiing'jkeit von der Temperatur relativ konstant zu halten. Die Reihendioden 734. 735 und 736 hev\irken, dall der Spannungspegel an der Basis von 733 die Änderungen der Basis-Emitler-Spannungsabfäüe über 733. 730 und 7"31 kompensiert.

Es wird ein Schaltverstärker beschrieben, der vorzugsweise als Leseverstärker für monolithische Speicher verwendet wird. Dieser Verstärker umfaßt einen Eingang mit niedriger Impedanz bei Existenz bipolarer Störströme. Er enthält weiterhin eine Schaltung für Schwellenwertausgleich und Schaltungen zur Temperatur- und Speisespannungskompensation. Die Eingangsschaltung besteht im wesentlichen aus den Transistoren 71 und 7"2 in Basisschaltung, einer Begrenzerdiode Γ3 und den Vorspannungswiderständen RX und Rl. Eine Differentialschaltung mit ihren Eingängen an den Basen von 711 und TiI ist mit dem Ausgang der Eingangsschaltung verbunden. Das Ausgangssignal der Differentialschaltung wird von den Emittern von 720 und TlX an den Punkten .! bzw. B abgenommen. Temperatur- und Speisespannungskompensation wird hauptsächlich durch eine Stromquelle erreicht, die die an den Eingangsknotenpunkt angeschlossenen Elemente 78 und Λ26 umfallt. Änderungen im Ausgang des monolithischen Speiche-s durch Temperaiursehwankungen werden solange kompensiert, als alle Schaltungsteile ähnliche Temperaluränderungen erfahren. Die aus 78 und Λ26 gebildete Stromquelle leitet mit steigender Temperatur weniger Strom. Diese die Temperatur kompensierende Stromquelle ist an dieselbe Speisespannung angeschlossen wie die Verriegelungsschaltung des Schaltverstärker

ίο und kompensiert dadurch auch Abweichungen dieser SpeiscspaniHing'vom Normalvvert 3 V. Temperaturschwankungen werden ebenfalls kompensiert durch in Reihe geschaltete Dioden, wie beispielsweise 734, 735 und 736. Um Schwankungen in der Versorgung! 2 V) des Signale liefernden monolithischen Speichers auszugleichen, werden dieselben Schwankungen auch den Widerständen Al und Rl aufgeprägt. Da RX größer ist als Rl, erhöht eine positive Schwankung der Versorgung mit - 2 V die Differenzspannung zwischen den Punkten .1 und B. Dies erhöht somit den Schwellenstrom am Eingang des Schaltverstärkers, wodurch das verstärkte Signal des monolithischen Speichers wirksam kompensiert wird. Die Verwendung von 78 und Λ 26 an der Eingangsklemme gestattet ein größeres Verhältnis RXjRl. so daß auf Abweichungen in der Versorgung von -2V größere Änderungen in der Differenzspannung zwischen den Punkten A und B folgen. Dies hängt mit der Unabhängigkeit des Stromes, der 78 und Λ 26 durchfließt, von der Versorgungsspannung -j-2 V zusammen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Sch;i11νcriι;i|·kcr für binäre Daiensignale. hei clem cine I iiiy:iiit!^->LlialtLiny vorgesehen ist. an deren Ausgänge eine Differenzschaluing angeschlossen INt. d a d u rch g e k e η η ζ e i c h η e l. daß die Eingangsschaltung eine niedrige 1 ingangsimpedan/ besitzt iiiul auf einen Schwcllcnstroni vorgespannt ist.

2. Schaltverstärker nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, da 1.1 die Eingangsschaltung zwei Ί ransisloren in Basisschaltung enthält.

3. Schaltverstärker nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoren in der Weise vorgespannt sind, dall bei Fehlen eines [Datensignals die Summe aus dem Schwellenslrom und dem Stroiii i"m ersten Transistor gleich dem Strom im zweiten Transistor ist.

4. Schaltverstärker nach Anspruch 2 oder 3. d:idurch gekennzeichnet, daß die Kollektoren der Transistoren mit der Differenzschaltung verbunden sind, daß ihre Basen zusammengeschlossen und mit einer Bczugsspannungscuelle verbunden sind und daß ihre fimitter mit dem Signaleingang verbunden sind.

5. Schaltverstärker nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß in jede Emitterleiiung der beiden Transistoren ein Widerstand geschallet ist, wobei in Abhängigkeit vo~ Schvvellenstroni der Widerstand in der Envlterleiuing des ersten Transistors gröPer ist als derjenigt in der Emitterleitung des zweiten Transistors.

6. Schaltverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsschaltung Mittel zur Begrenzung von Störsignalen, die eine der Polarität der Datensignale entgegengesetzte Polarität besitzen, vorgesehen sind.

7. Schaltverstärker nach Anspruch 6. dadurch gekennzeichnet, daß zur Begrenzung der Störsignale eine Diode vorgesehen ist.

K. Schaltverstärker nach einem der Ansprüche I bis 7. dadurch gekennzeichnet, daß eine mit dem Signaleingang verbundene Konstantstromquelle vorgesehen ist.

9. Schaltverstärker nach Anspruch 8. dadurch gekennzeichnet, daß die Konslantstromquelle einen Transistor und einen an dessen Emitter angeschlossenen Widerstand enthält, wobei der Kollektor dieses Transistors mit dem Signaleingang verbunden ist und das andere Ende des Widerstandes an ein konstantes Potential sowie die Basis des Transistors an ein weiteres konstantes Potential gelegt sind.

10. Schaltverstärker nach einem der Ansprüche 8 oder 9. dadurch gekennzeichnet, daß der von der Stromquelle gelieferte Strom temperaturabhängig ist zur Kompensation des Temperatureinflusses auf weitere Schaltungselemente.