DE2445134A1

DE2445134A1 - Vorspannschaltung

Info

Publication number: DE2445134A1
Application number: DE19742445134
Authority: DE
Inventors: Allen Leroy Limberg
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1973-09-21
Filing date: 1974-09-20
Publication date: 1975-03-27
Also published as: CA1029102A; JPS5061167A; FR2245126A1; GB1477393A; FR2245126B1; US3891935A; JPS5412304B2; DE2445134B2

Description

7736-74/Kö/Ro.
RCA 67,074
US-Ser.No. 399,486
Filed: September 21, 1973

RCA Corporation, New York, N.Y., V.St.A.

Vorspannschaltung

Die Erfindung betrifft eine Vorspannschaltung zur Gewinnung eines temperaturabhängigen Stromes, der sich mit der Temperatur im wesentlichen umgekehrt proportional zur Emitterschaltungs-Durchlaßverstärkung eines ersten, bipolaren Transistors gegebenen Leitungstyps ändert, der mit seinem Emitter an einem Bezugspotential liegt und mit seinem Kollektor an eine Betriebsspannung angeschlossen ist.

Ein bei der Konstruktion von Transistorschaltungen immer wieder auftretendes Problem ist die Bereitstellung einer stabilen Vorspannung für einen Transistor mit Hilfe einer hochohmigen Stromquelle, ohne daß hierfür eine Gegenkopplung vorgesehen werden muß. Auf praktikable Weise konnte dieses Problem erst dann gelöst werden, als es Dank der Technologie der monolithisch integrierten Schaltungen möglich wurde, reduzierbar Transistoren mit weitgehend gleichen Eigenschaften herzustellen. Eine grundsätzliche Lösung des Problems wird in der USA-Patentanmeldung Ser.No. 302 866 (eingereicht am 1.11.1972) der gleichen Anmelderin vorgeschlagen. Und zwar ist dort vorgesehen, daß ein Verstärkertransistor mit Basis- und Kollektorstrom im Verhältnis von l:h_f beaufschlagt wird, wobei h_f die Emitterschaltungs-Durchlaßstromverstärkung des Verstärkertransistors ist und das genannte Verhältnis von Basis- zu Kollektorstrom durch außerhalb des Verstärkertransistors be-

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findliche Mittel oder Organe bestimmt wird. Durch die Basisvorspannung des Verstärkertransistors mittels einer verhältnismäßig hochohmigen Stromquelle wird der Eigeneingangswiderstand an der Basisdes Verstärkertransistors nicht erniedrigt, und die Kollektorruhespannung, d.h. der "Arbeitspunkt" des Verstärkertransistors wird in stabiler Weise durch die nachgeschaltete Anordnung bestimmt.

Ein Problem bei der Konstruktion von Differenzverstärkern unter Verwendung von emittergekoppelten Transistoren ist die Unbestimmtheit des Ruheausgangssignalpegels. Diese Unbestimmtheit oder Unsicherheit kann dadurch verursacht sein, daß die Basisströme der Transistoren in ihrem Pegel sich umgekehrt proportional zu den Werten der Emitterschaltungs-Durchlaßstromverstärkung (den h_f -Werten) der Transistoren ändern. Fehler in der Eingangsspannungsabweichung werden durch diese Basisstromänderungen in den für die Basisvorspannung verwendeten Widerstandsnetzwerken hervorgerufen. Gemäß den USA-Patentschriften 3 551 832 und 3 717 821 wird dieses Problem dadurch gelöst, daß der Kollektorstrom eines oder beider der Differenzverstärkertransistoren mit einem Fühltransistor erfaßt wird, dessen Basisstrom dann mittels eines Übertragungsnetzwerkes auf die Basis eines oder beider der Differenzverstärkertransistoren gekoppelt wird, um den erforderlichen Basisruhestrom für diesen Transistor bzw. diese Transistoren zu liefern. Es wäre jedoch wünschenswert, die gewünschte Kompensation ohne Einschaltung eines Fühltransistors in den Kollektorkreis der Differenzverstärkertransistoren zu erzielen, da durch die Anwesenheit eines solchen Fühltransistors die verfügbare Signalausschwingung oder Signalamplitude im Kollektorkreis sich verringert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Transistor-Vorspannanordnung für die Gewinnung eines Stromes in einem bekannten Verhältnis zum Basisstrom eines Transistors zu schaffen, die ohne den erwähnten Fühltransistor auskommt.

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Eine Vorspannschaltung der eingangs genannten Art ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch einen zweiten Transistor des gegebenen Leitungstyps, der mit seinem Emitter (bzw. seiner Source-Elektrode) an die Basis des ersten Transistors angeschlossen ist, so daß ein fester Anteil des Basisstromes des ersten Transistors als Emitterstrom (bzw. Sourcestrom) des zweiten Transistors fließt, und der an seiner Basis (bzw. seiner Gatt-Elektrode) eine Vorspannung von solcher Polarität und Größe empfängt, daß der Basis-Emitter-Übergang des ersten Transistors in Durchlaßrichtung gespannt wird; und durch einen Stromverstärker mit Umkehrverstärkung, an dessen Eingang der Kollektor (bzw. die Drain-Elektrode) des zweiten Transistors angeschlossen ist und der an seinem Ausgang den temperaturabhängigen Strom liefert.

In der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird einem ersten Vorspanntransistor mindestens ein Teil seines Basisstroms durch den Emitterstrom (bzw. Sourcestrom) eines zweiten Vorspanntransistors geliefert. Der Kollektorstrom des ersten Vorspanntransistors wird auf die Kollektor-Emitter-Strecke eines Verstärkertransistors gekoppelt, wodurch der Emitter-Kollektor-Ruhestrpm des Verstärkertransistors hergestellt wird, und mittels des Kollektorstroms (oder Drainstroms) des zweiten Vorspanntransistors wird der Ruhevorstrom für den Verstärker gewonnen.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 teilweise in Blockform wiedergegebene Schaltschemata von erfindungsgemäßen Schaltungsanordnungen;

Fig. 3 das Schaltschema einer Einrichtung unter Verwendung der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 zur Verbesserung des Lösungsvorschlags der eingangs genannten USA-Patentanmeldung;

Fig. 4, 5, 6 und 7 Schaltschemata von Differenzverstärkern in der Verwendung von unterschiedlichen Alternativausführungen

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der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 zur Kompensation der Basisstromerfordernisse der emittergekoppelten Transistoren in der Schaltungsanordnung, in Weiterbildung der Erfindung.

In der Anordnung 10 nach Fig. 1 beliefert eine Vorspanneinrichtung oder -schaltung 11 die in Reihe geschalteten Basis-Emitter-Übergärige zweier Transistoren 12 und 13 mit Vorspannung, so daß ein Verbraucher 14 einen Kollektorstrom I- über die Kollektor-Eraitter-Strecke des Transistors 13 entnimmt. Aufgrund fundamentaler Transistorwirkung ist der Basisstrom des Transistors 13 um einen Faktor, der gleich ist seiner Emitterschaltung-Stromverstärkung hf (auch bezeichnet als "Beta"-Wert), kleiner als der Kollektorstrom I_c des Transistors.

Gewünscht wird die Gewinnung eines Stromes vom entgegengesetzten Sinn oder der entgegengesetzten Polarität wie der Kollektorstrom Ι_ des Transistors 13 und in einem festen Verhältnis m zum Basisstrom I_c/h£ des Transistors 13. Dieser abgeleitete Strom sollte für die Speisung des Verbrauchers 14 aus einer Quelle bereitgestellt werden, die auf eine positivere Spannung (v/enn, wie im vorliegenden Falle, die Transistoren

12 und 13 NPN-Transistoren sind) bzw. auf eine negativere Spannung (wenn die genannten Transistoren PNP-Transistoren sind) als der Kollektor des Transistors 13 gespannt werden kann.

Im Hinblick auf dieses gewünschte Ziel ist der Basis-Emitter-Übergang des Transistors 12 in Reihe mit dem Basis-Emitter-Übergang des Transistors 13 zwecks Beaufschlagung mit einer Durchlaßvorspannung durch die Vorspanneinrichtung 11 geschaltet. Der Strom Ip/h_fe kann an der Basis des Transistors

13 nur bei einer bestimmten Spannung, bezogen auf die Emitterspannung des Transistors, erhalten werden, oder die Durchlaßvorspannung des Basis-Emitter-überganges des Transistors wird gestört. Diese Einschränkung wird auf folgende Weise behoben:

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Der Basisstrom des Transistors 13 wird mit dem Verstärkungsgrad von im wesentlichen 1 aufgrund der Basisschaltungs-Verstärkerwirkung des Transistors 12 verstärkt, so daß sich ein Kollektorstrom ergibt, dessen Größe im wesentlichen gleich der Größe des Basisstromes des Transistors 13 ist, d.h. den Wert I /h_f hat. Wegen des "unendlichen" Kollektorwiderstands eines Transistors läßt sich der Kollektor des Transistors 12 auf einen weiten Bereich von Spannungen beziehen, ohne daß sein Kollektorstromfluß wesentlich beeinflußt oder die Vorspannung des Basis-Emitter-Übergangs des Transistors 13 gestört wird. Es braucht lediglich der Kollektor des Transistors 12 positiver als dessen Basis vorgespannt zu sein, jedoch nicht so stark, daß die Kollektor-Basis- und die Kollektor-Emitter-Durchbruchsspannung des Transistors" überschritten werden.

Der Kollektorstrom des Transistors 12 wird vom Eingangskreis eines Stromverstärkers 15 entnommen. Dieser Stromverstärker arbeitet mit Stromverstärkung -m, so daß er als Antwort auf den Kollektor strom Ί. /h.~ des Transistors 12 den Verbraucher 14 mit einem Ausgangsstrom des Wertes ml_c/h_f beliefert. Wegen der zugelassenen Freiheit in der Vorspannung des Kollektors des Transistors 12 kann die Vorspanneinrichtung 16 dazu verwendet werden, den gesamten Stromverstärker 15 positiver als die Kollektoren der Transistoren 12 und 13 zu spannen. Dadurch ist eine normale Sparvorspannung des Kollektor-Basistibergangs dieser Transistoren sichergestellt und wird zugleich der Strom ml /h- bei der Spannung bereitgestellt, die, wie bereits erwähnt, für die Speisung des Verbrauchers 14 erwünscht ist.

Der Stromverstärker 15 kann zwei Transistoren enthalten, wobei die Basis-Emitter-Spannung des einen dieser Transistoren (der im vorliegenden Fall ein PNP-Transistor ist) durch Kollektor-Basis-Gegenkopplung eingestellt wird, so daß sein Kollektorstromfluß im wesentlichen gleich dem Kollektorstrombedarf ^ des Transistors 12 ist. Die Basis-Emitter-Spannung dieses

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ersten Transistors wird auf den Basis-Emitter-Übergang des zweiten Transistors gekoppelt. Beim zweiten Transistor ist der Leitwert (Konduktanz) des Basis-Emitter-Kreises m-mal so groß wie der Leitwert des Basis-Emitter-Kreises des ersten Transistors. Der Kollektorstrom des zv/eiten Transistors ist m-mal so groß wie der des ersten Transistors, und m ist unabhängig von den h_f -Werten der im Stromverstärker verwendeten Transistoren.

Solche Stromverstärker sind in vielfacher Ausfertigung bekannt. Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einem ersten Transistor 151 und einem zweiten Transistor 152. Andere geeignete Arten von Stromverstärker sind beschrieben in der USA-Patentschrift 3 588 672; der "Technical Note 914", einer Veröffentlichung der RCA Corporation; der USA-Patentanmeldung Ser.No. 318 645 (eingereicht am 26.12.1972) und der USA-Patentanmeldung Ser.No. 348 723 (eingereicht am 6.4.1973) der gleichen Anmelderin. Stromverstärker ähnlicher Art, jedoch unter Verwendung von Feldeffekttransistoren, sind ebenfalls bekannt; auch solche Ausführungen können für den Stromverstärker 15 verwendet werden.

Für den Transistor 12 kann man an Stelle des in Fig. gezeigten Bipolartransistors ebenfalls auch einen Feldeffekttransistor verwenden, wie in Fig. 2 gezeigt. Der Feldeffekttransistor 12' in Fig. 2 ist mit seiner Gatt-Elektrode, Source-Elektrode und Drain-Elektrode entsprechend geschaltet wie der Bipolartransistor 12 in Fig. 1 mit seiner Basis, seinem Emitter und seinem Kollektor. Der Feldeffekttransistor 12* kann von beliebiger Art sein, beispielsweise Sperrschicht-, Isolierschicht- oder MOS-Feldeffekttransistor. Der stromleitende Kanal des Transistors 12' verbindet die Basis des Transistors 13 mit dem Eingangskreis des Umkehr-Stromverstärkers.

Der Leitwert (Leitvermögen) dieses Kanals wird durch diejenige Spannung bestimmt, die zwischen der Steuerelektrode (z.B. Basis-oder Gatt-Elektrode) und der an die Basis des

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Transistors 13 angeschlossenen Elektrode des Transistors 12' liegt. Dadurch folgt die Spannung dieser mit der Basis des Transistors 13 verbundenen Elektrode der Spannung an der Steuerelektrode. Die Steuerelektrode des Transistors 12 bestimmt aufgrund von Spannungsfolgerwirkung die Basisvorspannung für den Transistor 13. Diese Spannungsfolgerwirkung ist eine Emitterfolgerwirkung, wenn der Transistor 12 ein Bipolartransistor ist, dagegen eine Sourcefolgerwirkung, wenn der Transistor 12 ein Feldeffekttransistor ist.

In Fig. 3 wird mit Hilfe einer Schaltungsanordnung 10 von der in Fig. 1 gezeigten Art ein Strom I vom Eingangskreis eines Stromverstärkers 20 mit einem ersten Transistor 201 und einem zweiten Transistor 202 entnommen. Der Stromverstärker 20 hat, wie der Stromverstärker 15, einen großen Ausgangswiderstand gegenüber der Schaltung, an die sein Ausgangskreis angekoppelt ist, sowie eine Stromverstärkung vom Wert -m. Außer dem Stromverstärker 20 enthält die Verbraucheranordnung 14 einen Verstärkertransistor 21 in Emitterschaltung, der vom Ausgangskreis des Stromverstärkers 15 einen Basis-Ruhestrom ml_c/h_f sowie vom Ausgangskreis des Stromverstärkers 20 einen Kollektor-Ruhestrom ml_ empfängt. Die Transistoren 13 und 21 haben angepasste Emitterschaltungs-Durchlaßstromverstärkungen h^ . Der Basis-Ruhestrom ml_/h_f für die Basis des Transistors 21 bewirkt einen h^ -mal so großen Kollektor-Ruhestrombedarf, d.h.- einen Kollektorstrom des Wertes ml-,. Dieser Kollektor-Ruhestrombedarf wird durch den im Ausgangskreis des Stromverstärkers 20 fließenden Strom ml_ genau erfüllt.

An der Ausgangsklemme 22 herrscht somit eine unbestimmte Spannung, soweit die Schaltungsanordnung 10 betroffen ist. Die Spannung an der Ausgangsklemme 22 wird in stabiler Weise bestimmt durch die Spannung der Quelle 23, die über die ohmsche Last 24 gleichstromleitend angeschaltet ist. An der Last 24 werden Ausgangssignalspannungen entsprechend den Kollektorstromänderungen des Transistors 21 erzeugt. Diese Kollektorstromänderungen werden durch Eingangssignale hervorgerufen, die der Basis

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des Transistors 21 über einen Koppelkondensator 26 von einer Signalquelle 25 zugeleitet werden. Diese Ausgangssignalspannungen können den gesamten Spannungsbereich der in Reihe geschalteten Spannungsquellen 16, 111 minus der (im allgemeinen vergleichsweise vernachlässigbaren) Summe der Sättigungsspannungen (V_SAT) der Transistoren 21 und 202 umfassen. Der für die Ausschwingung oder Amplitude des Ausgangssignals verfügbare Bereich ist größer als bei den Schaltungsanordnungen nach der eingangs erwähnten USA-Patentanmeldung Ser.No. 302 866.

Die Vorspanneinrichtung 11 besteht nach Fig. 3 aus der Spannungsquelle 111 und einem Widerstand 112, der den Emitterstrom des Transistors 13 bestimmt. Nach dem Ohm¹sehen Gesetz ist dieser Emitterstrom gleich der Spannung V der Spannungsquelle 111 minus den Basis-Emitter-Übergangs-Spannungsabfallen (V__E) der Transistoren 12 und 13, dividiert durch den Widerstandswert des Widerstands 112. Der Emitterstrom eines Transistors ist bekanntlich gleich der Summe seines Basis- und seines Kollektorstroms. Folglich ist der Emitterstrom des Transistors 13 gleich dem Basisstrom I_c/hf_e plus seinem Kollektorstrom I_, d.h. gleich I -mal dem Faktor (h_f +l)/h> . Für Normalwerte von h_f (größer als 30 oder 50) ist der Basisstrom so viel kleiner als der Kollektorstrom, daß er unberücksichtigt bleiben und der Kollektorstrom I des Transistors 13 als im wesentlichen gleich seinem Emitterstrom gelten kann.

In Fig. 4 ist die Verbraucheranordnung 14 ein emittergekoppelter Differenzverstärker mit Transistoren 141 und 142, die mit ihren Basen an einen Signaleingang 143 bzw. einen Signaleingang 144, mit ihren Kollektoren an einen Signalausgang 145 bzw. einen Signalausgang 146 und mit ihren Emittern über gleichartige Verbindungen an den Kollektor des Transistors angeschlossen sind. In Fig. 4 bestehen diese gleichartigen Verbindungen aus Direktverbindungen mit Widerstand Null; stattdessen können diese Verbindungen jedoch auch ohmsche Widerstandselemente enthalten. Die Transistoren 141, 142 und 13 haben gleiche h_f -Charakteristiken. Der Transistor 13 entnimmt

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einen !Constantstrom von den zusainmengeschalteten Emittern der Transistoren 141, 142, wodurch ihre vereinigten Emitterströme erhalten werden. Der Kollektorstrom I des Transistors 13 wird zur Hälfte vom Emitter des Transistors 141 und zur Hälfte vom Emitter des Transistors 142 entnommen, wenn die den Signaleingängen 143 und 144 zugeleiteten Eingangssignale gleiche Spannung haben.

Die Transistoren 141 und 142 arbeiten im vorliegenden Fall mit je einer ohmschen Kollektorlast 147 bzw. 148. Stattdessen können aber auch andere Belastungsmittel verwendet werden. Beispielsweise kann man aktive Kollektorlasten in Form der Kollektorkreise von PNP-Transistoren verwenden, die für konstanten Kollektorstrom vorgespannt sind oder die als Stromumkehrverstärker geschaltet sind, so daß das Gegentakt-Ausgangssignal in ein Eintakt-Ausgangssignal umgewandelt wird.

Der Kollektorstrom I des Transistors 13 wird durch einen als Emitterstrom vom Transistor 12 gelieferten Basisstromfluß I_/h^ unterstützt. Der vom Transistor 12 aus dem Eingangskreis eines Stromspiegels 30 entnommene Kollektorstrom ist im wesentlichen gleich dem Emitterstrom des Transistors (d.h. nahezu I /h_f ), vorausgesetzt, daß die Emitterschältungs-Stromverstärkung des Transistors den normalen Wert von etwa größer als 30 hat. Der Stromverstärker oder Stromspiegel 30 besteht im vorliegenden Fall aus vier angepaßten Transistoren 301, 302, 303 und 304 mit parallelgeschalteten Basis-Emitter-Übergängen. Da diese Transistoren 301, 302, 303 und 304 gleiche Basis-Emitter-Spannungen führen und einander angepaßte Arbeitscharakteristiken haben, sind ihre Kollektorströme im wesentlichen gleich. Die Transistoren 301 und 302 sind sowohl mit ihren Kollektor-Emitter-Strecken als auch mit ihren Basis-Emitter-Übergängen parallelgeschaltet und arbeiten mit Kollektor-Bas is -Gegenkopp lung 305, wodurch ihre vereinigten gleichen Kollektorströme, zusammen mit den vereinigten Basisströmen der Transistoren 301, 302, 303 und 304, so geregelt werden, daß

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- 10 sie gleich dem erforderlichen Kollektorstrom I_r/h-. des Tran-

\*r JL C?

sistors 12 sind.

Man kann erreichen, daß die vereinigten Basisströme der Transistoren 301, 302, 303 und 304 nur einen vernachlässigbaren Anteil des erforderlichen Kollektorstromes I_c/h_f des Transistors 12 beisteuern. Zu diesem Zweck kann man entweder für die Transistoren 301, 302, 303 und 304 PNP-Transistoren mit hoher Emitterschaltungs-Durchlaßstromverstärkung verwenden, oder in Fällen, wo solche PNP-Transistoren nicht zur Verfügung stehen, kann man im Gegenkopplungszweig 305 zwischen Kollektor und Basis anstelle der in Fig. 3 gezeigten Drahtverbindung einen Emitterfolgertransistor vorsehen. In beiden Fällen wird erreicht, daß die vereinigten gleichen Kollektorströme der Transistoren 301 und 302 im wesentlichen gleich ¹Q^fQ sind. Die einzelnen Kollektorströme der Transistoren 301, 302, 303 und 304 sind dann jeweils im wesentlichen gleich I_/2h^ . Das heißt, der Stromverstärker 30 weist zwischen seinem Eingang und jedem seiner Ausgänge eine Stromverstärkung von je 1/2 auf.

Die von den Transistoren 303 und 304 an die Basen der Transistoren 141 bzw. 142 gelieferten Kollektorströme I~/2h,-reichen aus, um in jedem der Transistoren 141 und 142 einen Emitter-Ruhestrompegel von I_c/2 aufrechtzuerhalten. Das heißt, es braucht im wesentlichen kein Strom über die Eingänge 143 und 144 angeliefert zu werden, um die Emitterruheströme der Transistoren 141 und 142 aufrechtzuerhalten, wenn gleiche Ruhespannungen an den Eingängen 143 und 144 liefern. Und zwar ist dies auch dann der Fall, wenn die h_f -Werte der Transistoren 141, 142 und 13 sich aufgrund von Temperaturänderungen, die sich gleichartig auf die Transistoren auswirken, ändern.

Da für die Transistoren 141 und 142 kein Basis-Ruhestrombedarf besteht, der über die Eingänge 143 und 144 befriedigt werden müßte, ist es nicht erforderlich, daß entsprechend einem solchen Bedarf in der vorausgeschalteten, an die Eingänge und 144 angekoppelten Schaltung ein merklicher Fehler in der

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EingangsSpannungsabweichung erzeugt wird, und zwar auch dann, wenn diese vorausgeschaltete Anordnung einen verhältnismäßig hohen Quellenwiderstand aufweist. Es ist daher die Möglichkeit ausgeschaltet, daß die Schaltungsanordnung an den Ausgängen 145 und 146 auf einen solchen Fehler anspricht, was andernfalls trotz der Fähigkeit zur Gleichtaktfehlerunterdrückung, die dem emittergekoppelten Differenzverstärker mit den Transistoren 141 und 142 eigen ist, der Fall sein könnte.

Fig. 5 zeigt eine andere Ausführungsform, die anstelle der Schaltungsanordnung nach Fig. 4 verwendbar ist. Der Stromverstärker 40 arbeitet mit Stromverstärkungsgrad 1 zwischen Eingang und jedem seiner Ausgänge. Der Eingangskreis des Stromverstärkers 40 liefert den erforderlichen Kollektorstrom für den Transistor 12a, während die Ausgangskreise des Stromverstärkers die erforderlichen Basis-Ruheströme für den Transistor 141 und den Transistor 142 liefern. Zur Bereitstellung der erforderlichen Basis-Ruheströme !p/^fg ^{für die} Transistoren 141 und 142 wird vom Eingangskreis des Stromverstärkers 40 in Ansprechung auf den Basisstrom !p/hfg des Transistors 13 ein Strom I /2h_f entnommen. Dies bedeutet, daß die Stromverstärkung der die Basis des Transistors 13 mit dem Eingangskreis des Stromverstärkers 40 koppelnden Schaltung 1/2 betragen muß.

Diese Stromverstärkung von 1/2 wird auf folgende Weise erhalten: Der Basis-Emitter-Übergang des Transistors 12a ist parallel zum Basis-Emitter-Obergang eines weiteren Transistors 12b geschaltet. Die Transkonduktanz (Steilheit) des Transistors ' 12b ist der des Transistors 12a angepaßt. Der Basisstrom des Transistors 13 wird daher zur Hälfte vom Emitterstrom des Transistors 12a und zur anderen Hälfte vom Emitterstrom des Transistors 12b geliefert. Lediglich der Kollektorstrom des Transistors 12a, der im wesentlichen gleich seinem Emitterstrom ist (bei Transistoren mit normalem h_f -Wert), wird vom Eingangskreis des Stromverstärkers 40 entnommen.

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Ausführungsformen, bei denen die relativen Transkonduktanzen der Transistoren 12a und 12b ungleich sind und die Stromverstärkung des Stromverstärkers 40 entsprechend so eingestellt wird, daß sich eine Gesamtruhestromverstärkung von l/2h_f in dem die Emitter und Basen der Transistoren 141 und 142 verbindenden Stromübertragungsnetzwerk 10 ergibt, sind ebenfalls möglich.

Fig. 6 veranschaulicht eine andere Methode zur Erzielung einer Gesamtruhestromverstärkung von l/2h^ in dem die zusammengeschalteten Emitter der Differenzverstärkertransistoren 141, 142 mit deren Basen verbindenden Stromübertragungsnetzwerken. Der Transistor 13 ist durch zwei Transistoren 13a und 13b ersetzt, die beide gleichartige bzw. gleichwertige Basis-Emitter-Kreise aufweisen, so daß jeder eine Hälfte der erforderlichen vereinigten Emitterströme I für die Transistoren 141 und 142

liefert. Die h_c -Charakteristiken der Transistoren 13a und 13b f e

sind einander sowie denen der Transistoren 141 und 142 angepaßt. Die Basisströme der Transistoren 13a und 14b sind l/h_f -mal so groß wie die Kollektorströme dieser Transistoren. Aufgrund der Basisschaltungs-Verstärkerwirkung bewirken die Basisströme der Transistoren 13a und 13b, daß der Kollektorstrombedarf der Transistoren 12a und 12b, wie im Falle der Schaltung nach Fig. 4, I-/2h_ beträgt. Die getrannten Emitter-Gegenkopplungswiderstände 112a und 112b in den Emitterkreisen der Transistoren 13a bzw. 13b tragen dazu bei, daß die Ströme der Transistoren 12a und 13a denen der Transistoren 12b und 13b angepaßt oder angeglichen werden.

Die Ausführungsform nach Fig. 6 ist insofern vorteilhaft, als eine Linearisierung des Differenzverstärkers mit den Transistoren 141 und 142 mit Hilfe eines einzigen Widerstandes 50, der die Emitter dieser beiden Transistoren koppelt, erreicht werden kann. In diesem Widerstand fließt, wenn die Puhespannungen an den Eingängen 143 und 144 gleich sind, kein Ruhestrom, so daß auch kein Ruhespannungsabfall, der die verfügbare Signalspannungsausschwingung oder -amplitude vermindern würde, an ihm auftritt. In Fällen, wo ein höherer Differenzverstärkungsgrad

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wichtiger ist als die Linearität der Verstärkung, kann anstelle des Widerstands 50 eine direkte oder Drahtverbindung vorgesehen werden.

Fig. 7 zeigt einen emittergekoppelten Differenzverstärker 14, bei dem die zusammengeschalteten Emitter der Transistoren 141, 142 über.eine ohmsche Anordnung statt über eine Konstantstromquelle an das Bezugspotential (Masse) angeschlossen sind. Der Transistor 13 arbeitet mit Kollektor-Basis-Rückkopplung über den Basis-Emitter-tibergang des Transistors 12, wodurch die Kollektor-Emitter-Spannung des Transistors 13 auf einen Wert eingeregelt wird, der gleich ist der Summe der Basis-Emitter-Spannungsabfalle der Transistoren 12 und 13, d.h. gleich ^VBE12 ^{+ V}BE13· ^{Der Wert V}BE12 ^{+ V}BEl3 ^{ist Über einen Weiten} Bereich von Kollektorstrompegeln des Transistors 13 gut definiert und beträgt ungefähr.1,2 bis 1,3 Volt für Siliziumtransistoren. Die Quellenimpedanz des Kollektors des Transistors 13 ist gleich dem Kehrwert seiner Transkonduktanz, die 30 Millisiemens pro Milliampere seines Emitterstromes beträgt. Unter normalen Umständen ist diese Quellenimpedanz kleiner als der Widerstandswert des Widerstandes 501, der die zusammengeschalteten Emitter der Transistoren 141 und 142 mit der im wesentlichen konstanten Spannung am Kollektor des Transistors 13 verbindet.

Die Transistoren 12 und 13 werden in der Schaltung nach Fig. 7 durch Rückkopplung automatisch vorgespannt. Da der Basisstrom I_Rl2 des Transistors 12 um das Produkt der h~ -Werte der Transistoren 12 und 13, das normalerweise größer als 1000 ist, kleiner als I_ ist, ist I_ßl2 vernachlässigbar gegenüber Ip. Die vereinigten Emitterströme der Transistoren 141 und 142, die durch den Widerstand 501 fließen, sind daher im wesentlichen gleich I_-. Der Ruhewert von I ist bestimmt durch die mittlere Vorspannung V_ßIAS an den Eingängen 143 und 144 minus dem Basis-Emitter- Ruhespannungsabfall der Transistoren 143 und 144 minus (V_BE12^{+ V}BE13^' ^äas Ganze dividiert durch den Widerstandswert R₅₀ des Widerstands 501_r■nach dem Ohmschen Gesetz. Die Rück-

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kopplungsschleifeinschaltung der Transistoren 12 und 13 ist im wesentlichen ein Stromkreis j der einen angelieferten Eingangsstrom empfängt (in diesem Fall über den Widerstand 501) und in Ansprechung auf diesen Eingangsstrom einen Ausgangsstrom liefert, der diesem Eingangsstrom um einen Faktor proportional ist, der gleich dem Kehrwert der Emitterschaltungs-DurchlaßstromverStärkung eines Transistors ist, d.h. um einen Faktor gleich h_f .

Die Schaltung nach Fig. 7 ist der nach Fig. 4 weitgehend ähnlich, mit Ausnahme der Tatsache, daß die Transistoren 12 und 13 mit automatischer statt mit fester Vorspannung arbeiten. Da die Basis des Transistors 12 nicht mit einer festen Vorspannung beaufschlagt werden muß, kann anstelle der getrennten Spannungsquellen 16 und 111 eine einzige Spannungsquelle 502 verwendet werden, wie gezeigt. Die Transistoren 301 und 302 teilen sich in ein gemeinsames Kollektorgebiet.

Die Schaltung nach Fig. 7 kann analog zu den Abwandlungen der Schaltungen nach Fig. 5 und 6 gegenüber der Schaltung nach Fig. 4 abgewandelt werden. Wenn die Basen der Transistoren 141 und 142 von Spannungsquellen, die Spannungen 3V™ liefern, mit einer Ruhevorspannung beaufschlagt werden und der Differenzverstärker 14 symmetrisch mit den Eingängen 143 und 144 zugeleiteten Gleichtaktsignalen angesteuert wird, kann der Widerstand 501 durch eine Direktverbindung ersetzt werden. I_c wird dann entsprechend den Bestimmungsgleichungen für die Halbleitersperrschichtwirkung bestimmt.

Bei den verschiedenen Schaltungsausführungen nach Fig. 1 bis 7 kann der Transistor 13 ein Verbundtransistor sein, der durch mehrere in Darlington-Kaskade geschaltete Transistoren gebildet ist. Eine solche Anordnung ist in Fällen angebracht, wo der Transistor (21, 141, 142), der vom Kollektor des Transistors 12 mit Vorspannung beliefert wird, ein gleichartiger Verbundtransistor ist.

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Claims

- 15 P atentansprüche

( 1. )J Vorspannschaltung zur Gewinnung.eines temperaturabhängigen Stromes, der sich mit der Temperatur im wesentlichen umgekehrt proportional zur Emitterschaltungs-DurchlaßverStärkung eines ersten, bipolaren Transistors gegebenen Leitungstyps ändert, der mit seinem Emitter an einem Bezugspotential liegt und mit seinem Kollektor an eine Betriebsspannung angeschlossen ist, gekennzeichnet durch einen zweiten Transistor (12; 12'; 12a) des gegebenen Leitungstyps, der mit seinem Emitter (bzw. seiner Source-Elektrode) an die Basis des ersten Transistors (13) angeschlossen ist, so daß ein fester Anteil des Basisstromes des ersten Transistors als Emitterstrom (bzw. Sourcestrom) des zweiten Transistors fließt, und der an seiner Basis (bzw. seiner Gatt-Elektrode) eine Vorspannung von solcher Polarität und Größe empfängt, daß der Basis-Emitter-übergang des ersten Transistors in Durchlaßrichtung gespannt wird; und durch einen Stromverstärker (15; 30; 40) mit Umkehrverstärkung, an dessen Eingang der Kollektor (bzw. die Drain-Elektrode) des zweiten Transistors angeschlossen ist und der an seinem Ausgang den temperaturabhängigen Strom liefert.
2.) Vorspannschaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen dritten Transistor (141 oder 142) des gegebenen Leitungstyps, der mit seiner Basis gleichstromleitend an den Ausgang des ersten Stromverstärkers (30 oder 40) und mit seinem Emitter gleichstromleitend an den Kollektor des ersten Transistors (13) angeschlossen ist und an seinem Kollektor eine Betriebsspannung empfängt.
3.) Vorspannschaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zweiten Stromverstärker (20), der mit seinem Eingang an den Kollektor des ersten Transistors (13) angeschlossen ist, einen Ausgang aufweist und mit Umkehrverstärkung zwischen Eingang und Ausgang arbeitet; und durch einen dritten Transistor (21) des gegebenen Leitungstyps, der mit

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seiner Basis gleichstromleitend an den Ausgang des ersten Stromverstärkers (15) und mit seinem Kollektor gleichstromleitend an den Ausgang des zweiten Stromverstärkers (20) angeschlossen ist, und der in Ansprechung auf ein zwischen seine Basis und seinen Emitter gelegtes Eingangssignal an seinem Kollektor ein«entsprechendes Ausgangssignal liefert.
4.) Vorspannscbaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , dal? die Verbindung zwischen dem Emitter (bzw. Source-Elektrode) des zweiten Transistors (12) und der Basis des ersten Transistors (13) im wesentlichen der ausschließliche Gleichstromanschluß dieser Basen ist, so daß der feste Anteil des Basisstromes des ersten Transistors im wesentlichen dessen gesamter Basisstrom ist; und daß die Stromverstärkungsfaktoren des ersten und des zweiten Stromverstärkers im wesentlichen einander gleich sind.
5.) Vorspannschaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen dritten und einen vierten bipolaren Transistor (141, 142) des gegebenen Leitungstyps, die als emittergekoppelter Differenzverstärker geschaltet und mit ihren Emittern galvanisch an den Kollektor des ersten Transistors (13) angekoppelt sind, wobei die Basis des dritten Transistors (141 oder 142) galvanisch an den Ausgang des ersten Stromverstärkers (30 oder 40) angekoppelt ist.
6.) Vorspannschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Verbindung zwischen dem Emitter (bzw. der Source-Elektrode) des zweiten Transistors (Ϊ2 oder 12a) und der Basis des ersten Transistors (13) im wesentlichen durch den ausschließlichen Gleichstromanschluß dieser Elektroden gebildet wird, so daß der feste Anteil des Basisstromes des zweiten Transistors im wesentlichen gleich dessen gesamten Basisstrom ist; und daß der Stromverstärkungsfaktor des ersten Stromverstärkers (30) über einen Frequenzbereich einschließlich 0 Hz im wesentlichen gleich -1/2 ist.

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7.) Vorspannschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromverstärkungsfaktor des ersten Stromverstärkers (40) über einen Frequenzbereich einschließlich 0 Hz im wesentlichen gleich -1 ist und daß ein dem zweiten Transistor (12a) im wesentlichen identischer sechster Transistor (12b) vorgesehen ist, der mit seinem Basis-Emitter-Übergang (bzw. seiner Gatt-Source-Strecke) dem Basis-Emitter-Übergang (bzw. der Gatt-Source-Strecke) des zweiten Transistors parallelgeschaltet ist, so daß die beiden Transistoren im wesentlichen den gleichen Strom führen, und der an seinem Kollektor (bzw. seiner Drain-Elektrode) eine Betriebsspannung empfängt.
8.) Vorspannschaltung nach Anspruch 1,2,5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor des ersten Transistors (13) gleichstromleitend mit der Basis (bzw. der Gatt-Elektrode) des zweiten Transistors (12) verbunden ist, derart, daß die Vorspannung bereitgestellt wird.

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