DE2335945A1

DE2335945A1 - 4-quadranten-multiplizierschaltung

Info

Publication number: DE2335945A1
Application number: DE19732335945
Authority: DE
Inventors: Rudy Johan Van De Plassche
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1972-08-03
Filing date: 1973-07-14
Publication date: 1974-02-14
Also published as: GB1440093A; DE2335945C3; IT992790B; DE2335945B2; NL7210633A; JPS4946845A; AU5866473A; HK10078A; FR2195006B1; FR2195006A1; JPS5248047B2; ES417457A1; CA984918A; US3838262A

Description

PHN. 6hk2 Beck/Va/AvdV

Dr. Γ !p.: Fdiolt

it. ..i.._tiw:.!l

Anmeldar: N. V. Phil.ps' Glceilampenfabiieken .
AkfeNo.; PHN- 644-2

Anmeldung voffli "J^. Juli 1973

"4-Quadranten-Multipiizierschaltung".

Die Erfindung bezieht sich auf eine

^-Quadranten-Multiplizierschaltung zum Multiplizieren eines ersten Eingangssignals mit einem zweiten Eingangssignal, die enthält: eine erste Differenzstufe mit einem ersten und einem zweiten Transistor, deren Steuerelektroden das erste Eingangssignal als Differenzsignal zugeführt wird, wobei in dem Kreis der diesen Transistoren gemeinsamen Elektroden eine Stromqulle angeordnet istj eine zweite Differenzstufe mit einem dritten und einem vierten Transistor, wobei in dem Kreis der diesen Transistoren gemeinsamen Elektroden die Hauptstrombahn des ersten Transistors

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angeordnet ist und wobei den Steuerelektroden dieser Transistoren das zweite Eingangssignal als Differenzsignal zugeführt wird, und eine dritte Differenzstufe mit einem fünften und einem sechsten Transistor, wobei in dem Kreis der diesen Transistoren gemeinsamen Elektroden die Hauptstrombahn des zweiten Transistors angeorndet ist, während die Steuerelektrode des fünften Transistors mit der Steuerelektrode des vierten Transistors und die Steuerelektrode des sechsten Transistors mit der Steuerelektrode des dritten Transistors verbunden ist, wobei das gewünschte Ausgangssignal, das dem Produkt der beiden Eingangssignale proportional ist, durch eine geeignete Kombination der Ausgangsströme der Transistoren der zweiten und der dritten Differenzstufe erhalten wird.

Die mit einer derartigen Multiplizierschaltung erzielbare Genauigkeit wird durch eine Anzahl Faktoren beschränkt. Zunächst seien in diesem Zusammenhang die Abweichungen zwischen den verschiedenen Transistoren der Schaltung erwähnt. Bei mit diskreten Einzelteilen aufgebauten Multiplizierschaltungen werden daher vorzugsweise ausgewählte Transistorpaare für die Differenzstufen verwendet, während bei einer Ausführung in integrierter Form versucht wird, durch Anwendung sehr genauer

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Integrationstechniken eine möglichst grosse Gleichheit der Transistoren zu erreichen.

Ein zweiter wichtiger Faktor ist die Weise, in der die zugeführten Eingangssignale in die in der Multiplizierschaltung endgültig wirksamen Stromkomponenten umgewandelt werden. Diese Umwandlung erfolgt über ein nicht lineares Element, das unerwünschte Verzerrungen einführt, wodurch die Produkterzeugung wieder Abweichungen aufweisen wird.

Schi iess lieh führen die Basisetröme der Transistoren Abweichungen herbei, die naturgemäss grosser sind, je kleiner der Stromverstärkungsfaktor der Transistoren ist. Dabei können die verschiedenen Transistoren voneinander verschiedene Stromverstärkungsfaktoren aufweisen, die weiter noch, z.B. unter dem Einfluss von TemperatürSchwankungen, veränderlich sein können und somit noch erhebliche und schwer vorherzusagende Abweichungen in der Produkterzeugung herbeiführen können.

Die Erfindung bezweckt, eine Multiplizierschaltung zu schaffen, die eine sehr genaue Produkterzeugung bewirken kann und in der insbesondere die beiden genannten Faktoren einen wesentlich geringeren Einfluss als bei den bekannten Schaltungen ausüben.

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Zu diesem Zweck ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung enthält: einen ersten mehrfachen Stromspiegel, der einen ersten und einen zweiten Ausgangsstrom liefert, die zu dem seinem Eingang zugeführten Ausgangsstrom des vierten Transistors in einem festen Verhältnis stehen; ein erstes Addierelement, mit dessen Hilfe ein erster Summenstrom aus dem Ausgangsstrom des dritten Transistors und dem ersten Ausgangsstrom des ersten Stromspiegels gewonnen wird; ein zweites Addierelement, mit dessen Hilfe ein zweiter Summenstrom aus dem Ausgangsstrom des fünften Transistors und dem zweiten Ausgangsstrom des ersten Stromspiegels gewonnen wird; ein erstes Gegenkopplungselement, über das der erste Summenstrom in gegenkoppelndem Sinne dem Eingang der ersten Differenzstufe zugeführt wird, und ein zweites Gegenkopplungselement, über das der zweite Summenstrom in gegenkoppelndem Sinne dem Eingang der zweiten Differenzstufe zugeführt wird, wobei die beiden Eingangssignale als Ströme den genannten Eingängen der Multiplizierschaltung zugeführt werden.

Dabei ist unter einem Stromspiegel eine Schaltung mit wenigstens einem Eingang, einem Ausgang und einem oder mehreren weiteren Anschlüssen zu verstehen, bei der der Strom am Ausgang stets automatisch in einem festen Verhältnis zu dem Strom am Eingang steht,

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Im allgemeinen wird dabei die Tatsache benutzt, dass Transistoren und als Diode geschaltete Transistoren, die auf ein und derselben Halbleiteroberfläche integriert und parallel geschaltet sind Ströme führen, deren gegenseitige Grosse mit grosser Genauigkeit durch die Geometrie der genannten Elemente, insbesondere die Emitteroberfläche der Transistoren, bestimmt wird. Dadurch, dass in dem Eingangskreis und in dem" Ausgangskreis zwei solche Elemente, insbesondere die Basis-Emitter— Uebergänge, parallel geschaltet werden, wodurch ihnen automatisch stets die gleiche Spannung aufgeprägt wird, wird erreicht, dass zwischen Eingangs- und Ausgangsstrom eine feste Beziehung besteht, die durch die Geometrie dieser aktiven Elemente bestimmt wird» Ein derartiger Stromspiegel kann einen weiteren Anschluss aufweisen, an dem die Summe des Eingangs- und des Ausgangsstroms auftritt (die sogenannte Summenklemme). Auch sind aber sogenannte "schwebende" Stromspiegel bekannt, die zwei weitere Anschlüsse aufweisen, von denen einer im Eingangskreis und einer im Ausgangskreis liegt und die den Eingangsstrom bzw. den Ausgangsstrom führen.

Unter einem mehrfachen Stromspiegel ist ein Stromspiegel mit mehreren Ausgängen zu verstehen, die je einen Ausgangssti cm führen, der zu dem Eingangsstrom

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in einem festen Verhältnis steht. Dies wird im allgemeinen dadurch erreicht, dass auf gl eicht? We i ho wie bei dem einfachen Stromsplegel in jedem Ausgangskreis ein aktives Element angeordnet und zu dem betreffenden aktiven Element im Eingangskreis parallel geschaltet wird. Der "schwebende" Stromspiegel ist bereits vonselbst mehrfach, aber kann ebenfalls auf obengenannte Weise erweitert werden.

Durch Anwendung des ersten mehrfachen

Stromspiegels ist es möglich geworden, einen Strom, der wenigstens dem Ausgangsstrom des vierten Transistors proportional ist, zweimal auf gegenseitig unabhängige Weise zu benutzen. Diese Tatsache wird dadurch ausgenutzt, dass zwei sich gegenseitig nicht auf unerwünschte Weise beeinflussende Gegenkopplungsströme erzeugt werden, von denen einer dem Eingang der ersten Differenzstufe und der andere dem Eingang der zweiten Differenzstufe zugeführt werden kann. Dies wird dadurch erreicht, dass mit Hilfe eines ersten Addierelements ein erster Summenstrom erzeugt wird, der wenigstens der Summe des Ausgangsstromes des dritten Transistors und des ersten AusgangsStroms des ersten Stromspiegels proportional ist, wobei dieser Summenstrom dann über ein erstes Gegenkopplungselement, das bei einer geeigneten Polarität der in diesem Summenstrom

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vorhandenen Signalkomponente aus einer direkten Verbindung, bestehen kann, dem betreffenden Eingang dor Multiplizierschaltung zugeführt wird. Mit Hilfe eines zweiten Addierelements kann dank der Erfindung zugleich ein zweiter Summenstrom erzeugt werden, der wenigstens der Summe des Ausgangsstroms des fünften Transistors und des zweiten Ausgangsstromes des ersten Stromspiegels proportional ist und der über ein zweites Gegenkopplungselement einen geeigneten Gegenkopplungsstrom für den zweiten Eingang der Multiplizierschaltung 1iefort.

Dadurch, dass auch die Eingangssignale als Ströme der beiden Eingängen der Multiplizierschaltung zugeführt werden, wird auf diese Weise ein zweckmässig gegengekoppeltes System gebildet, wodurch sowohl- der Einfluss des endlichen Stromverstärkungsfaktors der Transistoren auf die Produkterzeugung grösstenteils beseitigt als auch eine richtige Umwandlung der beiden Eingangssignale in die in der Schaltung wirksamen Stromkomponenten gewährleistet wird.

Es sei bemerkt, dass aus der Zeitschrift

I.E.E.E. Journal of Solid State Circuits, August 1970, S. 150 - 159 bex-eits eine 4-Quadranten-Mul tiplizierschaltung bekannt ist, in der eine Spannungsgegenkopplung auf einen Eingang stattfindet. Es ist jedoch

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gleich klar, dass bei dem in diesem Artikel beschriebenen Verfahren nur eine Gegenkopplung auf einen einzigen Eingang möglich ist, so dass die damit erzielte Verbesserung verhältnismässig gering ist.

Nur durch die erfindungsgemässe Anwendung wenigstens eines mehrfachen Stromspiegels kann auf einfache Weise eine Gegenkopplung auf beide Eingänge erzielt werden, weil damit die Möglichkeit erhalten ist, zwei Ströme, die je für den Ausgangsstrom des vierten Transistors repräsentativ sind, unabhängig voneinander zur Erhaltung der benötigten Gegenkopplungs ströme zu benutzen. Die Summenerzeugung der verschiedenen Ströme zum Erhalten der gewünschten Gegenkopplungsströme kann auf sehr einfache Weise dadurch erfolgen, dass die Ausgangsströme des dritten und des fünften Transistors je ebenfalls einem Stromspiegel zugeführt und die Ausgänge der betreffenden Stromspiegel miteinander verbunden werden.

Die auf diese Weise erhaltenen Summenströme enthalten je eine Gleichstromkomponente, die an den beiden Eingängen mit Hilfe von Stromquellen ausgeglichen werden soll. Ein automatischer Ausgleich dieser Gleichstromkomponente an einem Eingang kann dadurch erzielt werden, dass ein zweiter Gegenkopplungsstrom zu dem betreffenden Eingang erzeugt wird, bei dem die

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gewünschte Komponente das gleiche Vorzeichen wie der erste Gegenkopplung^strom zu diesem Eingang und die Gleichstromkomponente das dem des zuletzt genannten Stromes entgegengesetzte Vorzeichen aufweist, was auf einfache Weise durch passende Wahl von Kombination der Ausgangsströme des dritten, des vierten, des fünften und des sechsten Transistors erzielbar ist. Sobald zum Erhalten der gewünschten Gegenkopplungsströme ein Ausgangsstrom der Transistoren mehrere Male verfügbar sein muss, kann dies wieder dadurch erzielt werden, dass dieser Ausgangsstrom einem mehrfachen Stromspiegel zugeführt wird und die Ausgangsströme dieses Spiegels für die Summation mit den anderen Strömen verwendet werden.

In der am stärksten erweiterten Form der

Multiplizierschaltung wird dann jeder der Ausgangsströme der Transistoren der zweiten und der dritten Differenzstufe einem mehrfachen Stromspiegel zugeführt und werden aus den Ausgangsströmen dieser Stromspiegel vier Summenströme gebildet, von denen zwei in gegenkoppelndem Sinne dem Eingang der ersten Differenzstufe und die beiden anderen dem Eingang der zweiten Differenzstufe zugeführt werden, wobei die einem bestimmten Eingang zugeführten Gegenkopplungsströme die gewünschte Signalkomponente mit dem gleichen und die Gleichstromkomponente mit dem entgegengesetzten Vorzeichen enthalten.

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Dabei können die beiden Gegenkopplungsströmo der Basis ein und desselben Transistors des betreffenden. Differenzpaares zugeführt werden, wobei einer der beiden Summenströme über einen zusätzlichen Stromspiegel dieser Basis zugeführt werden soll , um dit» gewünschten Polaritäten der verschiedenen Komponenten zu erhalten. Auch kann aber einer der Gegenkopp 1 ungs— ströme der Basis des ersten und der andere Gegenkopplungsstrom der Basis des zweiten Transistors der betreffenden Differenzstufe zugeführt werden. Im letzteren Falle müssen jedoch wieder Mittel vorgesehen werden, mit deren Hilfe die Gleichstrom— komponenten in den Gegenkopplungsströmen ausgeglichen werden können.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert, in der beispielsweise zwei Ausführungsformen der ^-Quadranten-Multiplizierschaltung nach der Erfindung dargestellt sind. Entsprechende Teile sind dabei mit den gleichen Bezugsbuchstaben und -Ziffern bezeichnet.

Die erste Ausführungsform nach Fig. 1 der Multiplizierschaltung gemäss der Erfindung enthält auf bekannte Weise drei Differenzstufen mit den Transistoren 1, 2, 3 t ^ bzw. 5»6 vom npn-Typ, wobei die Emitterströme der Transistoren 3 und h von dem

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Trans L η toi· 1 und die Eini t tors t rönic der Transistoren ") und () von dem Transistor 2 geliefert werden. Die Kini t torströiiu¹ dieser Transistoren 1 und 2 verden ihrerseits von einer Stromquelle 1.. geliefert. Ein i>rstt's' Eingangssignal wird als Differenzsignal den Basis-Eloktroden der Transistoren 1 und 2 und (Mn weites Eingangssignal a 1s Uifferon/signal den Ras i s-El ekt roden der Transistoren 3 und *4 zugeführt, iiiit welchen Basi s-El ekt roden auch die Basis-Elektroden der Transistoren ~) und 0 verbunden sind. In der dargestellten Vusi'ührungsfonii werden die Basis-Elektroden des Transistors 2 bzw. der Transistoren -4 und 3 an eine Bezugsspannung ^v . bzw. V angelegt und "werden den Basis-E1ektroden des Transistors 1 bzw. der Transistoren 3 und (> die Eingangs signale χ bzw. y o.j.s Ströme zugeführt.

Wie aus der Figur deutlich hervorgeht, findet endgültig eine Verteilung des von der Stromquelle I gelieferten Stromes über die Transistoren 3 - 6»in Abhängigkeit von der Grosse des x- und des y-Signals statt. Durch Summation zweier geeignet gewählter Atisgangsströme dieser Transistoren, z.B. der Ausgangsströme der Transistoren 3 und 5» wird ein Strom erhalten, der dem Produkt xy proportional ist.

Der Kollektorstrom des Transistors ^4 wird dem Eingang eines ersten mehrfachen Stromspiegels S₁ zugeführt,

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Dieser Stromspiegel enthält beispielsweise drei Transistoren 12, 13 und 14 vom pnp-Typ, deren Basis-Elektroden miteinander verbunden sind, deren Emitter-Elektroden über Widerstände R-,2» ^₁O ^und R₁-mit einer Summenklemme verbunden sind und von denen der Transistor 12 als Diode geschaltet ist. Durch diese Bauart wird erreicht, dass ein dem Transistor zugeführter Strom mit einem festen Verhältnis in den Kollektoren der Transistoren 13 und 14 reproduziert wird, wobei das genannte Verhältnis durch die Grosse der Widerstände R-j_ - R₁K und die Oberfläche der Transistoren bestimmt wird. Im einfachsten Falle sind die Transistoren und Widerstände einander gleich, wodurch die beiden Ausgangs ströme i-■-j » i_i;) des Stromspiegels S₁ stets gleich dem Eingangsstrom und also gleich dem Kollektorstrom des Transistors 4 sind.

Der Kollektorstrom des Transistors 3 wird dem Eingang eines zweiten Stromspiegels S„ zugeführt, der beispielsweise vom schebenden Typ ist. Dieser Stromspiegel enthält im Eingangskreis einen als E^1-ode geschalteten npn-Transistor 7 und in Reihe mit diesem Transistor die Emitter-Kollektor-Strecke eines pnp-Transistors 8. Der Ausgangskreis dieses Stromspiegels enthält die in Reihe geschalteten Hauptstrombahnen des npn-Transistors 9 und zweier pnp-Transistoren 10 und 11,

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von denen der Transistor 10 als Diode geschaltet ist. Die Basis-Elektroden der Transistoren 7 und 9> gleich wie von den Transistoren 8 und 10, sind miteinander verbunden, während die Basis des Transistors 11 mit dem Eingang,·d.h. dem Kollektor des Transistors 8, des Stromspiegels verbunden ist. Infolge dieser Bauart ist die Summe der Basis-Emitterspannungen der Transistoren 9 und 10 im Ausgangskreis notwendigerweise gleich der Summe der Basis-Emitterspannungen der Transistoren 7 und 8 im Eingangskreis, wodurch bei gleichen Transistorgeometrien der Ausgangsstrom i₂₁ stets gleich dem Eingangsstrom ist.

Der Kollektorstrom des Transistors 5 wird dem Eingang eines dritten Stromspiegels S„ zugeführt, der auf völlig gleiche Weise wie der Stromspiegel S„ aus den Transistoren 15 - 19 aufgebaut ist. Ein erster Summenstrom i ₁ wird dadurch erhalten, dass der Ausgang des Stromspiegels S₂ mit einem"Ausgang des Stromspiegels S₁ verbunden ist, während ein zweiter Summen-Strom i ₂ dadurch erhalten wird, dass der Ausgang des Stromspiegels S„ mit dem verbleibenden Ausgang des Stromspiegels S₁ verbunden ist. Der erste Summenstrom i ₁ wird einem Stromspiegel S_1Q zugeführt, der auf bekannte Weise aus einer Diodentransistorkonfiguration 20,21 besteht und dessen Ausgang mit der

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Basis des Transistors 1 der ersten Differenzstufe verbunden ist. Der zweite Summenstrom i „ wird direkt

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der Basis des Transistors 3 der zweiten Differenzstufe zugeführt. Zugleich wird der Basis des Transistors 1 bzw. des Transistors 3 mit Hilfe einer Stromquelle I bzw. Ι« eine Gleichstromkomponente zugeführt.

Die Gegenkopplungsströme lassen sich auf einfache Weise berechnen. Wenn von einem Strom kl ausgegangen wird, der von der Stromquelle I₁ geliefert wird, kann für die Kollektorströme io - i^ der Transistoren 3-6 auf bekannte Weise in erster Annäherung geschrieben werden:

i = (i+x+y+xy) I

i^ = (1+x-y-xy) I

1₅ = (I_x-_y+xy) I (1)

1₆ = (1-x+y-xy) I.

Wenn angenommen wird, dass alle Stromspiegel den ihrem Eingang zugeführten Strom an ihrem Ausgang mit einem Verstärkungsfaktor 1 reproduzieren, ist der Ausgangsstrom i_?1 bzw. i„.j des Stromspiegels S₂ bzw. S„ gleich i bzw. i_ und sind die beiden Ausgangströme ^₁₁. i,₂ des Stromspiegels S gleich ir. Dies bedeutet, dass der erste Summenstrom i ₁, der durch den Ausgangsstrom -ipi des Stromspiegels S_ und den Kollektorstrom i...-des Transistors 13 des Stromspiegels S₁ gebildet wird,

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gleich i„ + i, = (i+x), 21, woraus folgt, dass dieser Summenstrom neben einer Gleichstromkomponente in erster Annäherung nur eine x-Komponente enthält. Dadurch, dass dieser Summenstrom über einen Stromspiegel S der Basis des Transistors 1 zugeführt wird, wird ein Gegenkopplungsstrom gleich -(i+x) 21 an diesem Eingang erhalten, wodurch eine vollständige Gegenkopplung der x-Komponento erreicht ist. Die in diesem Gegenkopplungsstrom vorhandene Gleichstromkomponente -21 wird von der Stromquelle I₀ geliefert, aber kann natürlich gegebenenfalls auch im Eingangssti'om enthalten sein. Der zweite Summenstrom i _o, der durch

S*-

Summation des Ausgangsstroms i„.. des Stromspiegels S„ und des Kollektorstroms i.. „ des Transistors 1U gebildet wird, ist nach (i) in erster Linie gleich ϊκ+±_ = (i-y) 21, woraus folgt, dass dieser Summe' strom neben der Gleichstromkomponente in erster Linie nur die y-Komponente enlnält. Dadurch, dass dieser Summenstrom direkt der Basis des Transistors 3 zugeführt wird, ist demzufolge eine vollständige Gegenkopplung dieser y-Komponente erzielt. Die im Gegenkopplungsstrom vorhandene Gleichstromkomponente 21 .wird von der Stromquelle I geliefert.

Durch die Anwendung der Stromspiegel, insbesondere des mehrfachen Stromspiegels S₁, wird

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es also ermöglicht, eine Gegenkopplung auf beide Eingänge (x und y) der Multiplizierschaltufig zu erzielen.

Es sind noch eine Anzahl Abwandlungen des dargestellten Verfahrens zum Erzeugen der gewünschten Summenströme möglich. So kann z.B. für den Stromspiegel S₁ auch ein schwebender Stromspiegel gemäss S„ ^und s„ gewählt werden. Diese schwebenden Stroraspiegel, wie S , weisen ja bereits einen ersten Ausgang, (den Kollektor des Transistors 11), einen zweiten Ausgang (den Kollektor des Transistors 9) und gegebenenfalls einen dritten Ausgang (den Kollektor des Transistors 7) auf. Wenn für den Stromspiegel S ein derartiger schwebender Stromspiegel'verwendet wird, kann dessen erster Ausgang wieder mit dem ersten Ausgang des Stromspiegels S„ verbunden werden, um den ersten Summenstrom zu erhalten. Zum Erhalten des zweiten Summenstroms kann der zweite Ausgang des genannten schwebenden Stromspiegels mit dem Kollektor des Transistors 5 verbunden werden, wonach der so gebildete zweite Summenstrom mit k_xlfe des Stromspiegels S^ gespiegelt wird. Es leuchtet ein, dass dabei wohl eine Pegelanpassung zwischen den verschiedenen Komponenten gesichert werden muss.

Eine zweite Abwandlung besteht darin, dass das x.Signal der Basis des Transistors 2 statt des

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Transistors 1 zugeführt wird, während dann die Basis des Transistors 1 an die Bezugs spannung V „.. angeschlossen wird. Der erste Summenstrom ist dann gleich i₃ + X^ = (1-x) 21,

so dass dieser Summenstrom direkt der Basis des Transistors 2 zugeführt werden kann, um die gewünschte Gegenkopplung zu bewirken, wodurch der zusätzliche Stromspiegel S₁ überflüssig geworden ist. Das gewünschte Produkt kann auf einfache

Weise dadurch erhalten werden, dass der Kollektorstrom des Transistors 9 des Stromspiegels S„ zu dem Kollektorstrom des Transistors 17 des Stromspiegels S„ addiert wird, wodurch sich ein Strom i^ + i,. = (i+xy) 21 ergibt,

Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Multiplizierschaltung nach der Erfindung. Die Schaltung enthält, wie in Fig·. 1, drei Differenzstufen mit den Transistoren 1-6, denen auf entsprechende Weise die Eingangssignale χ und y zugeführt werden. In Abweichung von Fig. 1 wird nun aber jeder der Kollektorströme i„ - Is der Transistoren 3-6 gesondert in einem mehrfachen Stromspiegel zugeführt. Da die vier Stromspiegel S₁-S. eine völlig identische Bauart aufweisen, wird nur die Bauart des Stromspiegels S₁ näher beschrieben.

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Der Eingangsstrom des Stromspiegels S der Kollektorstrom des Transistors k wird einem Widerstand hk zugeführt. Dieser Widerstand kk ist einerseits mit der Summenklemme des Stromspiegels und andererseits mit der Basis eines als Emitterfolger wirksamen npn-Transistors ^1 verbunden, der mitte Ls einer Stromquelle I· ,. einen Ruhestrom empfängt und dessen Kollektor mit der positiven Klemme +V_R der Speisequelle verbunden ist. Der Emitter dieses Transistors 41 ist seinerseits mit den Basis-Elektroden zweier pnp-Transitoren k2 und k3 verbunden, deren Emitter über Widerstände *»5 und k6 mit der Summenklemme des Stromspiegels verbunden sind. Die Kollektoren der Transistoren -i2 und -O bilden die beiden Ausgänge des Stromspiegels, die Strome I₁₁, i_1p liefern, die in einem festen Verhältnis zu dem Eingangsstrom stehen, welches Verhältnis mit Hilfe der Widerstände kk, k5 und k6 festgelegt werden kann. Die dargestellte Bauart des Stromspiegels gewährleistet, dass, trotz des im allgemeinen kleinen Stromverstärkungsfaktors der pnp-Transistoren, eine sehr genaue Wirkung erzielt wird.

Um die gewünschten Gegenkopplungsströme zu erhalten, werden zunächst in Uebereinstimmung mit der Schaltung nach Fig. 1 ein Ausgangsstrom i.. .- des Stromspiegels S₁ und ein Ausgangsstrom I₃₁ des

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Stromspiegels S₀ summiert, wodurch als Summenstromerhalten wird: i„ + i. = (i+x) 21. Nach Spiegelung mit Hilfe des Stromspiegels S₁ ergibt sich als Gegenkopplungsstrom an der Basis des Transistors 1: -(1+x) 21. Ein zweiter Summenstrom i „ wird wieder durch Summation eines Ausgangsstroms χ_. des Stromspiegels S„ und des zweiten Ausgangs Stroms i.. „ des Stromspiegels S₁ erhalten, wodurch sich ein Strom i,+i_. = (i-y) 21 ergibt, der unmittelbar der Basis des Transistors 3 zugeführt wird.

Bei der Schaltung nach Fig. 2 werden aber noch ein dritter und ein vierter Summenstrom gebildet. Der vierte Summenstrom i _t wird durch Summation eines zweiten Ausgangsstroms i„₉ des Stromspiegels S„ und des zweiten AusgangsStroms ii„ des Stromspiegels S. erhalten und ist gleich i_ + i^ = (i-x) 21. Dieser Summenstrom wird direkt der Basis des Transistors zugeführt, wodurch die x-Komponente wieder gegengekoppelt wird. Der Gesamtgegenkopplungsstrom zu der Basis des Transistors 1 ist die Summe des ersten Gegenkopplungsstroms des Ausgangs des Stromspiegels S_1n und des letzteren Gegenkopplungsstromes: -(1+x) 21 + + (1-x) 21 = -4 χ I, woraus folgt, dass die Gleichstromkomponente völlig ausgeglichen ist.

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Dasselbe wird am y-Eingang erreicht, indem der dritte Summenstrom i „, der die Summe eines zweiten Ausgangsstroms i„„ des Stromspiegels S und des ersten Ausgangsstroms i, .. des Stromspiegels Sl ist, über einen Stromspiegel S₁₁ der Basis des Transistors 3 zugeführt wird.

Der gewünschte Produktstrom kann auf sehr einfache Weise dadurch erhalten werden,dass die Summenklemmen der Stromspiegel S„ und S„ miteinander verbunden werden, was zu einem Gesamtstrom gleich (i+xy) 6X führt. Dadurch, dass die Summenklemmen der Stromspiegel S₁ und S. miteinander verbunden werden, kann ein zweiter Produktstrom (1—xy) 6l erhalten werden.

Eine Abwandlung der dargestellten Schaltung lässt sich dadurch erhalten, dass die Eingangssignale symmetrisch zugeführt werden, in dem Sinne, dass der Basis des Transistors 2 nicht das Bezugssignal V _ , sondern die -x-Komponente des im Gegentakt zugeführten x-Signals zugeführt wird, während der Basis des Transistors k nicht das Bezugssignal V „„, sondei λ die —y—Komponente des im Gegentakt zugeführten y—Signals zugeführt wird. Der erste Summenstrom kann dann unmittelbar der Basis des Transistors 2 zugeführt werden, so dass der Stromspiegel S überflüssig wird, während der vierte Summenstrom unmittelbar der Basis des

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Transistors k zugeführt werden kann, wodurch der Stromspiegel S₁₁ überflüssig wrd. Auf diese Weise werden die Gegenkopplungsströme also ebenfalls im Gegentakt den beiden Eingängen zugeführt. Bei dieser Ausführungsform müssen aber wieder Massnahmen getroffen werden, um die Gleichstromkomponente in den Gegenkopplungsströmen auszugleichen.

Es ist einleuchtend, dass noch weitere Abwandlungen möglich sind, unter denen abweichende Ausführungen der Stromspiegel, ohne dass der Rahmen der Erfindung verlassen wird. Die Eingangssignale können z.B. den betreffenden Eingängen dadurch zugeführt werden, dass Eingangsspannungen an Widerstände angelegt werden, die mit den Basis-Elektroden der betreffenden Transistoren verbunden sind.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE;

^-Quadranten-Multiplizierschaltung zum Multiplizieren eines ersten Eingangssignals mit einem zweiten Eingangssignal, die enthält eine erste Differenzstufe mit einem ersten und einem zweiten Transistor, deren Steuerelektroden das erste Eingangssignal als Differenzsignal zugeführt wird, wobei in dem Kreis der diesen Transistoren gemeinsamen Elektroden eine Stromquelle angeordnet ist; eine zweite Differenzstufe mit einem dritten und einem vierten Transistor, wobei in dem Kreis der diesen Transistoren gemeinsamen Elektroden die Hauptstrombahn des ersten Transistors angeordnet ist und wobei den Steuerelektroden dieser Transistoren das zweite Eingangssignal als Differenzsignal zugeführt wird, und eine dritte Differenzstufe mit einem fünften und einem sechsten Transistor, wobei in dem Kreis der diesen Transistoren gemeinsamen Elektroden die Hauptstrombahn des zweiten Transistors angeordnet ist, während die Steuerelektrode des fünften Transistors mit der Steuerelektrode des vierten Transistors und die Steuerelektrode des sechsten Transistors mit der Steuerelektrode des dritten Transistors verbunden ist,'wobei das gewünschte Ausgangssignal, das dem

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Produkt der beiden Eingangssignale proportional ist, durch, eine geeignete Kombination der Ausgangs ströme der Transistoren der zweiten und der dritten Differenzstui'e erhalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung weiter enthält: einen ersten mehrfachen Stromspiegel (S ), der einen ersten (i.J und einen zweiten (i _?) Ausgangsstrom liefert, die in einem festen Verhältnis zu dem seinem Eingang zugeführten Ausgangsstrom des vierten Transistors (h) stehen; ein erstes Addierelement, mit dessen Hilfe ein erster Summenstrom (i ₁) aus dem Ausgangsstrom des dritten Transistors (3) und dem ersten Ausgangs strom (i-·-.' des ersten Stromspiegels (S₁) gewonnen wird; ein zweites Addierelement, mit dessen Hilfe ein zweiter Summenstrom (i ^) aus dem Ausgangsstrom des fünften Transistors (5) und dem zweiten Ausgangsstrom (i_i2) des ersten Stromspiegels ί S.. ) gewonnen wird; ein erstes Gegenkopplungselemen* (S ), über das der erste Summenstrom (i ₁) in gegenkoppelndem Sinne

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dem Eingang der erster, Differepzstufe (i,2) zugeführt wird, und ein zweites Gegenkopplungselement, über das der zweite Summenstrom (1^₂) in gegenkoppelndem Sinne dem Eingang der zweiten Differenzstufe (3,4) zugeführt wird, wobei die beiden Eingangssignale (x,y) als Ströme den genannten Eingängen der Multiplizierschaltung zugeführt werden. (Fig,i).

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2. 4-Quadranten-Multiplizlerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Addierelement einen zweiten Stromspiegel (s_) enthält, dessen Eingang der Ausgangsstrom des dritten Transistors (3) zugeführt wird und dessen Ausgangsstrom (i?i) zusammen mit dem ersten Ausgangsstrom (X₁₁) des ersten Stromspiegels (S₁) den ersten Summenstrom (i ₁) bildet, und dass das zweite Addierelement einen dritten Stromspiegel (S ) enthält, dessen Eingang der Ausgangsstrom des fünften Transistors (5) zugeführt wird und dessen Ausgangsstrom (i_..) zusammen mit dem zweiten Ausgangsstrom (i „) des ersten Stromspiegels (S₁) den zweiten Summenstrom (i „) bildet. (Fig. 1).
3. 4-Quadranten-Multiplizierschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Stromspiegel (S„) von einem mehrfachen Typ ist und einen ersten (i„J und einen zweiten (i_o„) Ausgangsstrom liefert, wobei sein erster Ausgangsstrom bei der Erzeugung des ersten Summenstroms (i ) verwendet wird,

S I

und dass ein drittes Addierelement vorhanden ist, mit dessen Hilfe ein dritter Suimnenstrom (i _o) aus dem

^x s3

Ausgangsstrom des sechsten Transistors (6) und dem zweiten Ausgangsstrom (i ) des zweiten Stromspiegels

(S„) gewonnen wird, welcher dritte Summenstrom (i „) über <z sj

ein drittes Gegenkopplungselement (S₁) in gegenkoppelndem Sinne dem Eingang der zweiten Differenzstufe (3,'O zugeführt wird. (Fig.2).

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4. ^-Quadranten-Multiplizierschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Stromspiegel (S„) von einem mehrfachen Typ ist und einen ersten (i,,..) und einen zweiten (i„„) Ausgangsstrom liefert, wobei sein erster Ausgangsstrom (±~Λ bei der Erzeugung des zweiten Summenstroms (i „) verwendet wird, und dass ein drittes Addierelement vorhanden ist, mit dessen Hilf.e ein vierter Summenstrom (i .) aus dem Ausgangsstrom des sechsten Transistors und dem zweiten Ausgangsstrom (i„„) des dritten Stromspiegels (s„) gewonnen wird, welcher vierte Summenstrom (i ^) über ein viertes Gegenkopplungselement in gegenkoppelndem Sinne dem Eingang der ersten Differenzstufe (1,2) zugeführt wird.(Fig.2),
5. ^-Quadranten-Multiplizierschaltung nach Anspruch 3 oder h, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Addierelement einen vierten Stromspiegel (Sr) enthält, dessen Eingang der Ausgangsstrom des sechsten Transistors zugeführt wird und dessen Ausgangsstrom bei der Erzeugung des von diesem Addierelement gelieferten Summenstroms (i „, i r) verwendet wird. (Fig.2).
6. h—Quadranten-Multiplizierschaltung nach Ansprüchen 3 und h, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Addierelement einen mehrfachen Stromspiegel

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PHN.Chk2

(S.) enthält, dessen Eingang der Ausgangsstrom des sechsten Transistors zugeführt wird und der einen
ersten (ij,*) und einen zweiten (ihn) Ausgangastrom liefert, von denen der erste bei der Erzeugung des dritten Summenstroms (i „) und der zweite bei der

^x Sj

Erzeugung des vierten Summenstroms (i · ) benutzt wird (Fig.2).
7. ^-Quadranten-Multiplizierschaltung nach
Anspruch 3» 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite und das dritte Gegenkopplungselement mit der Steuerelektrode desselben Transistors (3) der
zweiten Differenzstufe (3,k) verbunden sind, wobei eines dieser Gegenkopplungselemente eine direkte
Verbindung zwischen dem betreffenden Addierelement und dieser Steuerelektrode herstellt und das andere Gegenkopplungse ement einen Stromspiegel (S₁₁) enthält, mit dessen Hilfe eine Inversion des betreffenden Summenstroms erhalten wird. (Fig. 2).
8. 4-Quadranten-Multiplizierschaltung nach
Anspruch U, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das vierte Gegenkopplungselement mit der Steuerelektrode desselben Transistors (i) der ersten Differenzstufe (1,2) verbunden sind, wobei eines dieser Gegenkopplungselemente eine direkte Verbindung zwischen dem betreffenden Addierelement und dieser Steuerelektrode

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herstellt und das andere Gegenkopplungselement einen Stromspiegel (S_1O) enthält, mit dessen Hilfe eine Inversion des betreffenden Summenstroms erhalten wird. (Fig.2).
9. ' '»-Quadranten-Multiplizierschaltung nach Anspruch ö, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Eingangssignale im Gegentakt der ersten und der zweiten Differenzstufe zugeführt werden und die für einen gegebenen Eingang bestimmten Gegenkopplungsströme ebenfalls dem betreffenden Eingang im Gegentakt zugeführt werden.
10. ^-Quadranten-Multiplizierschaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, ausgeführt in integrierter Schaltungstechnik.

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