DE2335945C3

DE2335945C3 - 4-Quadranten-MultipIizierschaltung

Info

Publication number: DE2335945C3
Application number: DE2335945A
Authority: DE
Inventors: Rudy Johan Van De Eindhoven Plassche (Niederlande)
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1972-08-03
Filing date: 1973-07-14
Publication date: 1978-10-12
Also published as: JPS5248047B2; ES417457A1; FR2195006A1; AU5866473A; CA984918A; FR2195006B1; GB1440093A; DE2335945A1; HK10078A; IT992790B; DE2335945B2; US3838262A; NL7210633A; JPS4946845A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine 4-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 gemeinsa- jo men 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 r.weiten 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 Produkt der beiden Eingangssignale proportional ist, durch eine geeignete Kombination der Ausgangsströme der Transistoren der zweiten und der dritten Differenzstufe erhalten wird, und wobei über ein erstes Gegenkopplungselemeüt ein durch eine geeignete Kombination der Ausgangssignale erhaltenes Gegenkopplungjsignal in gegenkoppelndem Sinne dem Eingang der zweiten Differenzstufe zugeführt wird.

Derartige Multiplizierschaltungen sind aus der DE-OS 19 45 125 bekannt. Abgesehen davon, daß bei der Gegenkopplung der zweiten Stufe eine Spannungsgegenkopplung benutzt wird, ist es beim Bekannten nicht möglich, beide Signalkomponenten unabhängig voneinander aus den Ausgangsströmen abzuleiten, um damit beide Eingänge zu kompensieren.

Ferner wird die mit einer derartigen Multiplizierschaltung erzielbare Genauigkeit durch eine Anzahl Faktoren beschränkt. Zunächst seien in diesem Zusammenhang die Abweichungen zwischen den verschiedenen Transistoren der Schaltung erwähnt. Bei mit diskreten Einzelheiten aufgebauten Multiplizierschaltungen werden daher vorzugsweise ausgewählte Transistorpaare für die Differenzstufen verwendet, während bei einer Ausführung in integrierter Form versucht wird, durch Anwendung sehr genauer Integrqtionstechniken eine möglichst große Gleichheit der Transistoren *u 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 nichtlineares Element, das unerwünschte Verzerrungen einführt, wodurch die Produkterzeugung wieder Abweichungen aufweisen wird.

Schließlich führen die Basisströme der Transistoren Abweichungen herbei, die naturgemäß größer 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 Temperaturschwankungen, 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.

Zu diesem Zweck ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung weiter enthält: einen ersten mehrfachen eine Entgegenkopplungsstufe enthaltenden Stromspiegel, der einen ersten und einen zweiten Ausgangsstrom liefert, die in einem festen Verhältnis zu dem seinem Eingang zugeführten Ausgangsstrom des vierten Transistors stehen, ein erstes aus einer Entkopplungsstufe bestehendes Addierelement, mit dessen Hilfe ein erster Summenstrom aus dem Ausgangsstrom des dritten Transistors und dem ersten Ausgangsstrom des ersten Stromspiegels gewonnen wird; ein zweites aus einer Entkopplungsstufe bestehendes Addierelement, mit dessen Hilfe ein zweiter Summenstrom aus dem Ausgangsstrom des fünften Transistors und dem zweiten Ausgangsstrom des ersten Stromspiegels gewonnen wird, ein Gegenkopplungselement, über das der erste Summenstrom in gegenkoppelndem Sinne dem Eingang der ersten Differenzstufe zugeführt wird, und daO das in gcgenkoppelndem Sinne dem Eingang der zweiten Differenzstufe zugeführte Gegenkopplungssignal der zweite Summenstrom ist, 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.

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 Größe 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 zv« it· solche Elemente, insbesondere die Basis-Emitter-Übergänge, parallel geschaltet werden, wodurch ihnen automatisch stets die gleiche Spannung

aufgeprägt wird, wird erreicht, daß /wischen Eingangsund Ausgangsstrom eine fesl 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 Ausgangsslroms 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 Eineangsstrom bzw.den Auspangsstrom führen.

I 'met einem mehrfachen Stromspiegel ist ein Stromspicgel mn mehreren Ausgängen /u verstehen. die je einen Ausgangsstrom führen, der zu dem Eingangsstrom in einem festen Verhältnis sieht. Utes VMrd im allgemeinen dadurch erreicht, dal.) <uif gleiche Weise wie bei dem einfachen Stromspiegel in n'dem Aiisgangskrei¹· ein aktives Element angeordnet und zu 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 Gegenkoppliingsslrömc zu benutzen. Die Summenerzeugung der verschiedenen Ströme zum Erhalten der gewünschten Gcgenkopplunpsslröme kann auf sehr einfache Weise dadurch erfolgen, daU 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 Summenslröme enthalten |e eine Gleichstromkomponente, die an den beiden Eingangen mit Hilfe von Stromquellen ausgegli

parallel geschaltet wird. Der »schwebende" Stromspie- :■· gel ist bereits von selbst mehrfach, aber kann ebenfalls auf obengenannte Weise erweitert werden.

Durch Anwendung des ersten mehrfachen Stromspie gels ist es möglich geworden, einen Strom, der wenigstens dem Ausgangsstrom des \ierten Transistors y. proportional ist. zweimal auf gegenseitig unabhängige Weise zu benutzen. Diese Tatsache wird dadurch ausgenutzt, daß zwei sich gegenseitig nicht auf unerwünschte Weise beeinflussende Gegenkopplungsstrome erzeugt werden, von denen einer dem Eingang >' der ersten Dif'·rcnzstufe und der andere dem Eingang der zweiten Diiferer/stufe zugeführt werden kann. Dies wird dadurch erreicht, daß mit Hilfe eines ersten Addierelements ein erster Summenstrom erzeugt wird, der wenigstens der Summe des Ausgangsstromes d· s r drillen Transistors und des ersten Ausgangssiroms des ersten Stromspiegeis proportional ist. wobei dieser .Summenstrom dann über ein erstes Gegcnkopplungseiement. das bei einer geeigneten Polarität der in diesem Summenstrom vorhandenen Signalkomponente aus ; einer direkten Verbindung bestehen kann, dem bctref-'enden Eingang der Multiplizierschaltung zugeführt VMrd. Mit Hilfe eines /w eilen Addierelements kann dank der Erfindung zugleich ein zweiter .Summenstrom erzeug· werden, der wenigstens der Summe des :-, Ausgangssiroms des fünften Transistors und des /AeitcT A'.isgangss'romes des ersten Stromspieuels proportional !S^- und der über ein /weites Gegenkopp- :;r,gse!erren; eine geeigneien Gegenkopplungsstrorr Mr c!e^ri /weiter Eingang der Multipli/ierschaltung " \ ■ ·' f c^r *

Dadurch. .:,· t auch die i.T'gar.jssignale als Strome ccr beiden Eingangen der Multiplizierschaltung zimefuhrt werden, wird auf diese Weise ein zweckmäßig eegengekoppeltes System gebildet, wodurch sowohl der - ■, Einfluß des endlichen Strotmerstärkungsfaktors der Transistoren auf die Produkterzeugung größterteils beseiiigt als auch eine richtige Umwandlung der beiden Eingangssignale in die in der Schaltung wirksamen Stromkomponenten gew ahrleistet wird.

Es sei bemerkt, daß aus der Zeitschrift I. E. E. E. |ournal of Solid State Circuits. August 1970. S. 150—159 bereits eine -S-Quadranteri-Vfultiplizierschaitung bekannt ist. in der eine Spannungsgegenkopplung auf einen Eingang stattfindet. Es ist jedoch gleich kiar. daß --■, bei dem in diesem Artikel beschriebenen Verfahren nur eine Gegenkopplung auf einen einzigen Eingang moelich ist. so daß die damn erzielte Verbesseruns Gleichstromkomponente an einem Eingang kann dadurch erzielt werden, daß ein zweiter Gegenkopp· lungsstrom zu dem betreffenden Eingang erzeugt wird, bei dem die gewünschte Komponente das gleiche Vorzeichen wie der erste Gegenkopplungsstrom 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 Ausgangsströmc des dritten, des vierten, des fünften und des sechsten Transistors erzielbar ist. Sobald zum f rhaltcn der gewünschten Gegenkopplungsströnie ein Ausgangsstrom der Transistoren mehrere Male verfügbar sein muß. kann dies wieder dadurch erzielt werden, daß dieser Ausgangssirom einem mehrfachen Stromspiegel zugeführt w ird und die Ausgangsslröme dieses Spiegels fur die Summation mit den anderen Strömen verwendet werden.

In der am stärksten erweiterten Form der Multiplizierschaltung wird dann jeder der Ausg.mgssirömc der Transistoren der zweiten und der dritten Differenzstufe einem mehrfachen Stromspiegcl zugeführt und werden aus den Ausgangsstromen dieser Stromspiegel vier Summenströine 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 Signalkotnponente mit dem gleichen und die Gleichstromkomponente mit dem entgegengesetzten Vorzeichen enthalten.

Dabei können die beiden Gegenkopplungsströmv. der Basis ein und desselben Transistors des betreffenden Differenzpaares zugeführt werden, wobei einer der beiden .Summenströme über einen zusätzlichen Slromspiegel dieser Basis zugeführt werden soll, um die gewünschten Polaritäten der verschiedenen Komponenten zu erhalten. Auch kann aber einer der Gegenkopplungsströme der Basis der 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 Gleichstromkomponenten in den Gegenkopplungsströmen ausgeglichen werden können.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung naher erläutert, in der beispielsweise zwei Ausführurgsformen der 4-Quadranten-Multiplizierschahung nach der Erfindung dargestellt sind. Entspre-

eilende Teile sind dabei mit den gleichen Bezugsbuchstaben und -Ziffern bezeichnet.

Die erste Ausführungsform nach Fig. 1 der Multiplizierschaltung gemüß der Erfindung enthält auf bekannte Weise drei Differenzstufen mit den Transistoren 1. 2,3, => 4 bzw. 4, 5 vom npn-Typ, wobei die Emitterströme der Transistoren 3 und 4 von dem Transistor 1 und die Einittc> itröme der Transistoren 5 und 6 von dem Transistor 2 geliefert werden. Die Emitterströme dieser Transistoren I und 2 werden ihrerseits von einer Stromquelle Λ geliefert. Ein erstes Eingangssignal wird als Differen/.signal den Basis-Elektroden der Transistoren I und 2 und ein zweites Eingangssignal als Diffcrenzsignal den Basis-Elektroden der Transistoren 3 und 4 zugeführt, mit welchen Basis-Elektroden auch die |-, Basis-Elektroden der Transistoren 5 und 6 verbundtn sind. In der dargestellten Ausführungsform werden die Basis-Elektroden des Transistors 2 bzw. der Transisto-

iTCcrvonmi

angelegt und werden den Basis-Elektroden des Transislors I bzw. der Transistoren 3 und 6 die Eingangssignale α bzw. yals Ströme zugeführt.

Wie aus der Figur deutlich hervorgeht, findet endgültig eine Verteilung des von der Stromquelle /1 gelieferten Stromes über die Transistoren 3—6 in i-, Abhängigkeit von der Größe des x- und des y-Signals statt. Durch Summation zweier geeignet gewählter Ausgangsströme dieser Transistoren, z. B. der Ausgangsströme der Transistoren 3 und 5, wird ein Strom erhalten, der dem Produkt xy proportional ist. _)n

De Kollektorstrom des Transistors 4 wird dem Eingang eines ersten mehrfachen Stromspiegels Si zugeführt. Dieser Stromspiegel enthält beispielsweise drei Transistoren 12, 13 und 14 vom pnp-Typ, deren Basis-Elektroden miteinander verbunden sind, deren Emitter-Elektroden über Widerstände Rn, Ru und R\* mit einer Summenklemme verbunden sind und von denen der Transistor 12 als Diode geschaltet ist. Durch diese Bauart wird erreicht, daß ein dem Transistor 12 zugeführter Strom mit einem festen Verhältnis in den 4η Kollektoren der Transistoren 13 und 14 reproduziert wird, wobei das genannte Verhältnis durch die Größe der Widerstände Λ12— Rn und die Oberfläche der Transistoren bestimmt wird. Im einfachsten Falle sind die Transistoren und Widerstände einander gleich, wodurch die beiden Ausgangsströme /Ή, /12 des Stromspiegels Si stets gleich dem Eingangsstrom und also gleich dem Kollektorstrom des Transistors 4 sind.

Der Kollektorstrom des Transistors 3 wird dem Eingang eines zweiten Stromspiegels 5h zugeführt, der beispielsweise vom schwebenden Typ ist. Dieser Stromspiegel enthält im Eingangskreis einen als Diode 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, von denen der Transistor 10 als Diode geschaltet ist. Die Basis-Elektroden der Transistoren 7 und 9, gleich wie von den Transistoren 8 und JO, 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 /21 stets gleich dem Eingangsstrom ist.

Der Kollektorstrom des Transistors 5 wird dem Eingang eines dritten Stromspiegels Sj zugeführt, der auf völlig gleiche Weise wie der Stromspiegel Si aus den Transistoren 15—19 aufgebaut ist. Ein erster Summenstrom /,ι wird dadurch erhalten, daß der Ausgang des Stromspiegels S^ mit einem Ausgang des Stromspiegels Si verbunden ist, während ein zweiter Summenstrom Iq dadurch erhalten wird, daß der Ausgang des Stromspiegels S3 mit dem verbleibenden Ausgang des Stromspieeels Si verbunden ist. Der erste Summenstrom Ai wird einem Gegenkopplungselement Sm zugeführt, der auf bekannte Weise aus einer Diodentransistorkonfiguration 20,21 besteht und dessen Ausgang mit der Basis des Transistors 1 der ersten Differenzstufe verbunden ist. Der zweite Summenstrom /,2 wird direkt der Basis des Transistors 3 der zweiten Differenzstufe zugeführt. Zugleich wird der Basis des Transistors 1 bzw. des ■ rnnsisiors ~* ΓΠΐϊ ι ,mc c!ricr ..»trorncjuciic ti uzw. ij csnc Gleichstromkomponente zugeführl.

Die Gegenkopplungsströme lassen sich auf einfache Weise berechnen. Wenn von einem Strom 4 / ausgegangen wird, der von der Stromquelle /1 geliefert wird, kann für die Kollektorströme h—k der Transistoren 3—6 auf bekannte Weise in erster Annäherung geschrieben werden:

I₃ = (1 + χ + y + xy) 1,
/4 = (1 + χ - y - xy) I,

i₅ = (1 - χ — y + xy) I,

Z₆ = (1 - χ + 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 /21 bzw. /31 des Stromspiegels S2 bzw. S3 gleich /3 bzw. /5 und sind die beiden Ausgangsströme /π, /i2 des Stromspiegels Si gleich /₄. Dies bedeutet, daß der erste Summenstrom /_si, der durch den Ausgangsstrom /21 des Stromspiegels S2 und den Kollektorstrom /Ή des Transistors 13 des Stromspiegels Si gebildet wird, gleich

/3 + Z₄=(I-I-X). 2/

ist, woraus folgt, daß dieser Summenstrom neben einer Gleichstromkomponente in erster Annäherung nur eine x-Komponente enthält. Dadurch, daß dieser Summenstrom über einen Stromspiegel S10 der Basis des Transistors 1 zugeführt wird, wird ein Gegenkopplungsstrom gleich — (1 +x) ■ 2 I an diesem Eingang erhalten, wodurch eine vollständige Gegenkopplung der x-Komponente erreicht ist. Die in diesem Gegenkopplungsstrom vorhandene Gleichstromkomponente —2 /wird von der Stromquelle /2 geliefert, aber kann natürlich gegebenenfalls auch im Eingangsstrom enthalten sein.

Der zweite Summenstrom ia, der durch Summation des Ausgangsstroms /31 des Stromspiegels S3 und des Kollektorstroms z'12 des Transistors 14 gebildet wird, ist nach (1) in erster Linie gleich

woraus folgt, daß dieser Summenstrom neben der Gleichstromkomponente in erster Linie nur die y-Komponente enthält. Dadurch, daß dieser Summenstrom direkt der Basis des Transistors 3 zugeführt wird, ist demzufolge eine vollständige Gegenkopplung dieser

/-Komponente erzielt. Die im Gegenkopplungsstrom vorhandene Gleichstromkomponente 2 / wird von der Stromquelle /3 geliefert.

Durch die Anwendung der Stromspiegel, insbesondere des mehrfachen Stromspiegels Si, wird es also ermöglicht, eine Gegenkopplung auf beide Eingänge (x und y) der Multiplizierschaltung zu erzielen.

Es sind noch eine Anzahl Abwandlungen des dargestellten Verfahrens zum Erzeugen der gewünschten Summenströme möglich. So kann z. B. für den Stromspiegel S\ auch ein schwebender Stromspiegel gemäß S₂ und S3 gewählt werden. Diese schwebenden .Stromspiegel, wie S₂, 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 Si ein derartiger schwebender Stromspiegel verwendet wird, kann dessen erster Ausgang wieder mit dem ersten rips S

Transistoren 42 und 43 verbunden, deren Emitter über Widerstände 45 und 46 mit der Summenklemme des Stromspiegels verbunden sind. Die Kollektoren der Transistoren 42 und 43 bilden die beiden Ausgänge des Stromspiegels, die Ströme /u, /12 liefern, die in einem festen Verhältnis zu dem Eingangsstrom stehen, welches Verhältnis mit Hilfe der Widerstände 44,45 und 46 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 Übereinstimmung mit der Schaltung nach Fig. 1 ein Ausgangsstroni Z₁1 des

r, Stromspiegels Si und ein Ausgangsstrom i₂\ des Stromspiegels S₂ summiert, wodurch als Summenstrom /,1 erhalten wird: /'3 + Z₄ = (I + x) ■ 2 I. Nach Spiegelng mit Hilfe des Gegenkopplungselementes Sm ergibt sich als Gegenkoppliingsstrom an der Basis des Transistors

verbunden werden, urn v; *■ -' * ^u χ' · 2 / Ein zwsitsr Su

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 Hilfe des Stromspiegels S3 gespiegelt wird. Es leuchtet ein, daß dabei wohl eine Pegelanpassung zwischen den verschiedenen Komponenten gesichert werden muß.

Eine zweite Abwandlung besteht darin, daß das v-Signal der Basis des Transistors 2 statt des Transistors 1 zugeführt wird, während dann die Basis des Transistors 1 an die Bezugsspannung V_ren angeschlossen wird. Der erste Summenstrom ist dann gleich

so daß dieser Summenstrom direkt der Basis des Transistors 2 zugeführt werden kann, um die gewünschte Gegenkopplung zu bewirken, wodurch der zusätzliche Stromspiegel Sio überflüssig geworden ist.

Das gewünschte Produkt kann auf einfache Weise dadurch erhalten werden, daß der Kollektorstrom des Transistors 9 des Stromspiegels S₂ zu dem Kollektorstrom des Transistors 17 des Stromspiegels S₃ addiert wird, wodurch sich ein Strom

/3 + /5=(l +xy) ■ 2 I

ergibt.

F i g. 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 F i g. 1 wird nun aber jeder der Kollektorströme h—k der Transistoren 3—6 gesondert in einem mehrfachen Stromspiegel zugeführt. Da die vier Stromspiegel Si-S₄ eine völlig identische Bauart aufweisen, wird nur die Bauart des Stromspiegels Si näher beschrieben.

Der Eingangsstrom des Stromspiegels Si der Kollektorstrom des Transistors 4 wird einem Widerstand 44 zugeführt Dieser Widerstand 44 ist einerseits mit der Summenklemme des Stromspiegels und andererseits mit der Basis eines als Emitterfolger wirksamen npn-Transistors 41 verbunden, der mittels einer Stromquelle /₄i einen Ruhestrom empfängt und dessen Kollektor mit der positiven Klemme + Ve der Speisequelle verbunden ist Der Emitter dieses Transistors 41 ist seinerseits mit den Basis-Elektroden zweier pnpwieder durch Summation eines Ausgangsstroms /H des Stromspiegels S3 und des zweiten Ausgangsstroms /12 des Stromspiegels Si erhalten, wodurch sich ein Strom

ergibt, der unmittelbar der Basis des Transistors 3 zugeführt wird.

Bei der Schaltung nach F i g. 2 werden aber noch ein so dritter und ein vierter Summenstrom gebildet. Der vierte Summenstrom /* wird durch Summation eines zweiten Ausgangsstroms /32 des Stromspiegels S3 und des zweiten Ausgangsstroms k₂ des Stromspiegels S4 erhalten und ist gleich

'"' /5 + A₁ = (I-X) · 2 1.

Dieser Sumnienstrom wird direkt der Basis des Transistors 1 zugeführt, wodurch die λ-Komponente wieder gegengekoppelt wird. Der Gesamtgegenkopplungsstrom zu der Basis des Transistors 1 ist der Summe des ersten Gegenkopplungsstroms des Ausgangs des Stromspiegels S10 und des letzteren Gege »kopplungsstromes:

-(I +x) ■ 2 /+(1-x) ■ 2/=-4 · /,

woraus folgt, daß die Gleichstromkomponente völlig ausgeglichen ist.

Dasselbe wird am y-Eingang erreicht, indem der dritte Summenstrom /a, der die Summe eines zweiten Ausgangsstroms /22 des Stromspiegels S2 und des ersten Ausgangsstroms /₄i des Stromspiegels S₄ ist, über einen Stromspiegel Sn der Basis des Transistors 3 zugeführt wird.

Der gewünschte Produktstrom kann auf sehr einfache Weise dadurch erhalten werden, daß die Summenklemmen der Stromspiegel S₂ und S3 miteinander verbunden werden, was zu einem Gesamtstrom gleich (1 +xy) ■ 6 / führt. Dadurch, daß die Summenklemmen der Stromspiegel Si und S₄ miteinander verbunden werden, kann ein zweiter Produktstrom (\—xy)-6 /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 Bezugssignai V_ren, sondern die —x- Komponente des im Gegentakt zugeführten Ar-Signals zugeführt wird, während der Basis des Transistors 4 nicht das Bezugssignal V^n, sondern die — j'-Komponente des im Gegentakt zugeführten y-Signals züge-

führ« wird. Der erste Summenstrom kann dann unmittelbar der Basis des Transistors 22 zugeführt werden, so daß das Gegenkopplungselement 5m überflüssig wird, während der vierte Summenstrom unmittelbar der Basis des Transistors 4 zugeführt werden kann, wodurch der Stromspiegel Sn üDerflüssig wird. 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 Gleich-

Stromkomponente in den Gegenkopplungsströrru'n 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.

Ilici/u 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1, 4-Quadranten-Multiplizierseha|tung 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 Transistdrs 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, und wobei über ein erstes Gegenkopplungselement ein durch eine geeignete Kombination der Ausgangssignale erhaltenes Gegenkopplungssignal vn gegenkoppelndem Sinne dem Eingang der zweiten Differenzstufe zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung weiter enthält: einen ersten mehrfachen eine Entkopplungsstufe (11) enthaltenden Stromspiegel (Si), der einen ersten (in) und einen zweiten (/12) Ausgangsstrom liefert, die in einem festen Verhältnis zu dem seinem Eingang zugeführten Ausgangsstrom des vierten Transistors (4) stehen, ein erstes aus einer Entkopplungsstufe (14) bestehendes Addierelement, mit dessen Hilfe eki erster Summenstrom (/si) aus dem Ausgangsstrom des dritten Transistors (3) und dem ersten Ausgangsstrom (/11) des ersten Stromspiegels (Si) gewonnen wird; ein zweites aus einer Entkopplungsstufe (19) bestehendes Addierelement, mit dessen Hilfe ein zweiter Summenstrom (i_a) aus dem Ausgangsstrom des fünften Transistors (5) und dem zweiten Ausgangsstrom (/₎₂) des ersten Stromspiegels (Si) gewonnen wird; ein Gegenkopplungselement (Si₀), über das der erste Summenstrom (i,\) in gegenkoppeldem Sinne dem Eingang der ersten Differenzstu- fe (1, 2) zugeführt wird, und daß das in gegenkoppelndem Sinne dem Eingang der zweiten Differenzstufe (3, 4) zugeführte Gegenkopplungssignal der zweite Summenstrom (i_a) ist, wobei die beiden Eingangssignale (X₁ y) als Ströme den genannten eo Eingängen der Multiplizierschaltung zugeführt werden (F ig, 1),
2. 4-Quadranten-Multiplizierschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Addierelement einen zweiten Stromspiegel (S₂) enthält, dessen Eingang der Ausgangsstrom des dritten Transistors (3) zugeführt wird und dessen Ausgangsstrom (/₂|) zusammen mit dem ersten Ausgangsstrom (Zn) des ersten Stromspiegels (S\) den ersten Summenstrom (ύ\) bildet, und daß das zweite Addierelement einen dritten Stromspiegel (Sj) enthält, dessen Eingang der Ausgangsstrom des fünften Transistors (S) zugeführt wird und dessen Ausgangsstrom (h\) zusammen mit dem zweiten Ausgangsstrom (/|₂) des ersten Stromspiegels (SO den zweiten Summenstrom (te) bildet (F i g. 1),
3. 4-Quadranten-Multiplizierschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß drr zweite Stromspiegel (S₂) von einem mehrfachen Typ ist und einen ersten (/₂|) und einen zweiten (ta) Ausgangsstrom liefert, wobei sein erster Ausgangsstrom bei der Erzeugung des ersten Summenstroms (i,i) verwendet wird, und daß ein drittes Addierelement vorhanden ist, mit dessen Hilfe ein dritter Summenstrom (ω) aus dem Ausgangsstrom des sechsten Transistors (6) und dem zweiten Ausgangsstrom (^₂) des zweiten Stromspiegels (S₂) gewonnen wird, welcher dritte Summenstrom (ώ) in gegenkoppelndem Sinne dem Eingang der zweiten Differenzstufe (3,4) zugeführt wird (F i g. 2).
4. 4-Quadranten-MuItipIizierschaItung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Stromspiegel (S3) von einem mehrfachen Typ ist und einen ersten (h\) und einen zweiten (/#) Ausgangsstrom liefert, wobei sein erster Ausgangsstrom (/31) bei der Erzeuguqg des zweiten Summenstroms (ώ) verwendet wird, und daß ein drittes Addierelement vorhanden ist, mit dessen Hilfe ein vierter Summenstrom (/*) aus dem Ausgangsstrom des sechsten Transistors und dem zweiten Ausgangsstrom (/₃₂) des dritten Stromspiegels (S₃) gewonnen wird, welcher vierte Summenstrom (/*) in gegenkoppelndem Sinne dem Eingang der ersten Differenzstufe (1,2) zugeführt wird (F i g. 2).
5. 4-Quädranten-Multiplizierschaltung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Addierelement einen vierten Stromspiegel (S₄) enthält, dessen Eingang der Ausgangsstrom des sechsten Transistors zugeführt wird und dessen Ausgangsstrom bei der Erzeugung des von diesem Addierelement gelieferten Summenstroms (ώ, /*) verwendet wird (F i g. 2).
6. 4-Quadranten-Multiplizierschaltung nach Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Addierelement einen mehrfachen Stromspiegel (St) enthält, dessen Eingang der Ausgangsstrom des sechsten Transistors zugeführt wird und der einen ersten (/V₁,) und einen zweiten (A₂) Ausgangsstrom liefert, von denen der erste bei der Erzeugung des dritten Summenstroms (i'a) und der zweite bei der Erzeugung des vierten Summenstroms (U) benutzt wird (F i g. 2).
7. 4-Qüadranten-Multiplizierschaltung nach Anspruch 3,5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Steuerelektrode desselben Transistors (3) der zweiten Differenzstufe (3, 4) gegengekoppelt wird, wobei eines der Gegenkopplungselemente eine direkte Verbindung zwischen dem betreffenden Addierelement und dieser Steuerelektrode herstellt und das andere Gegenkopplungselement einen Stromspiegel (Sn) enthält, mit dessen Hilfe eine Inversion des betreffenden Summenstroms erhalten wird (F ig. 2).
8. 4-Quadranten-MuItiplizierschaltung nach Anspruch 4,5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Steuerelektrode desselben Transistors (1) der

ersten Differenzstufe (1, 2) gegengekoppelt wird, wobei eines der Gegenkopplungselemente eine direkte Verbindung zwischen dem betreffenden Addierelement und dieser Steuerelektrode herstellt und das andere Gegenkopplungselement den Stromspiegel (S\₀) enthält, mit dessen Hilfe eine Inversion des betreffenden Summenstroms erhalten wird (F ig. 2).
9. 4-Quadranten-Mul»,iplizierschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden in 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. 4-Quadranten-Multiplizierschaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, ausgeführt in integrierter Schaltungstechnik.