DE2524439B2

DE2524439B2 - Spannungs-Strom-Umsetzer

Info

Publication number: DE2524439B2
Application number: DE2524439A
Authority: DE
Inventors: Rudy Johan Van De Eindhoven Plassche (Niederlande)
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1974-06-14
Filing date: 1975-06-03
Publication date: 1978-11-02
Also published as: US4004247A; DE2524439A1; FR2275067B1; FR2275067A1; NL7503664A; CA1035418A; JPS5111347A; USRE29700E; GB1503951A; JPS5639722B2; DE2524439C3; NL7407953A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Spannungs-Strom-Umsetzer mit einem Gegentaktspannungseingang und einem Gegentaktstromausgang.

Ein derartiger Spannungs-Strom-Umsetzer ist aus dem deutschen Patent 22 04 419, Fig. 5, bekannt. Der betreffende Spannungs-Strom-Umsetzer besteht aus zwei »künstlichen Transistoren«, deren »Basis-Elektroden« den Gegentaktspannungseingang bilden, deren »Kollektoren« den Gegentaktstromausgang bilden und deren »Emitter« miteinander über einen Widerstand und je für sich mit einer Stromquelle verbunden sind. Dieser Spannungs-Strom-Umsetzer weist im Vergleich zu einem ähnlichen Umsetzer, bei dem die »künstlichen Transistoren« aus einfachen Transistoren bestehen, den Vorteil auf, daß durch den »Basis-Emitter-Übergang« des »künstlichen Transistors« nur ein kleiner Teil des Ausgangssignalstroms fließt. Ein Nachteil besteht aber darin, daß die »künstlichen Transistoren« aus Transistoren vom npn- sowie vom pnp-Leitfähigkeitstyp aufgebaut sind. Aus technologischen Gründen werden pnp-Transistoren in integrierten Schaltungen im allgemeinen als laterale Transistoren ausgebildet. Laterale pnp-Transistoren sind vor allem in bezug auf die Hochfrequenzeigenschaften erheblich schlechter als npn-Transistoren.

Die Erfindung bezweckt, einen genauen Spannungs-Strom-Umsetzer zu schaffen, der als eine integrierte Schaltung ausgebildet werden kann, ohne daß wenigstens in dem Signalweg laterale pnp-Transistoren angeordnet zu werden brauchen.

Die F-rfindung ist dazu dadurch gekennzeichnet, daß der Umsetzer eine erste und eine zweite Stromspicgelanordnung enthält, wobei in jeder der beiden Stromspiegclanordnungen in einer ersten Strombahn, die zwischen einem ersten Eingangsanschlußpunkt und einem gemeinsamen Anschlußpunkt gebildet wird, wenigstens die Kollektor-Fmitter-Streckc eines ersten Transistoren angeordnet ist, wobei der Emitter dieses ersten Transistors mil dem gemeinsamen Anschhißpunkt verbunden ist, während in einer /.weilen Strombahn, die zwischen einem Ausgangsanschlul.ipunkl und dem gemeinsamen Anschlußpunkt gebildet wird, wenigstens die Reihenschaltung der Kollektor-Fmitter Strecke eines /weiten Transistors und eines 1 liilbleiteriibcrgangs angeordnet ist, wobei der I IaIbleiteriibergang den Basis-Fmiltcr-Übcrgang des ltsicii Transistors überbrückt, wobei die Basis des ersten Transistors mit einem zweiten Eingangsanschlußpunk verbunden ist, während weiter vorgesehen sind: eine erste und eine zweite Stromquellenschaltung, deren Ausgänge mit den ersten Eingangsanschlußpunkten der ersten bzw. zweiten Stromspiegelanordnung verbunden sind; eine Impedanz, die zwischen den zweiten Eingangsanschlußpunkten der ersten und der zweiten Stromspiegelanordnung angebracht ist; und ein erster und ein zweiler Eingangstransistor, deren Emitter mit den gemeinsamen Anschlußpunkten der ersten bzw zweiten Stromspiegelanordnung verbunden sind, wöbe der Gegentaktspannungseingang durch die Basis-Elektroden der beiden Eingangstransistoren gebildet wird während der Gegentaktstromausgang durch die Ausgangsanschlußpunkte der beiden Stromspiegelanordnungen gebildet wird.

Wenn die Basisströme der verschiedenen Transisto ren vernachlässigt werden, fließt der Signalstrom be dem Umsetzer nach der Erfindung zwischen der Ausgangsanschlußpunkten der ersten und der zweiter Stromspiegelanordnung über einen Signalweg, der die Reihenschaltung der Kollektor-Emitter-Strecken de zweiten Transistoren der ersten und der zweiter Stromspiegelanordnung und der Impedanz enthält Daraus geht ein Vorteil des Spannungs-Strom-Umset zers nach der Erfindung hervor. Andere Elemente de Schaltung als die in dem genannten Signalweg angeordneten Elemente führen ja keine Signalströme.

Bei dem Spannungs-Strom-Umsetzer nach de Erfindung ist die Anwendung von Feldeffekttransisto ren u. dgl. keineswegs ausgeschlossen. So können für di< Eingangstransistoren in gewissen Fällen vorteilhafter weise Feldeffekttransistoren Anwendung finden. Füi »Basis«, »Emitter« und »Kollektor« soll dann »Gate Elektrode«, »Source-Elektrode« bzw. »Drain-Elektro de« gelesen werden.

In bezug auf die Ansteuerung des Spannungs-Strom Umsetzers nach der Erfindung mit den Eingangstransi stören gibt es viele Möglichkeiten. Eine erste bevorzug te Ausführungsform ist in bezug auf die Eingangstransi stören dadurch gekennzeichnet, daß der erste und de zweite Eingangstransistor von einem dem der Transi stören der Stromspiegelanordnungen entgegengesetz ten Leitfähigkeitstyp sind und gegensinnig in Reihe mi diesen Transistoren geschaltet sind.

Eine zweite bevorzugte Auslührungsform ist in bezuj auf die Eingangstransistoren dadurch gekennzeichnet daß die Kollektoren des ersten und des zweiter Eingangstransistors mit den zweiten Eingangsanschluß punkten der ersten bzw. der zweiten Stromspiegelan Ordnung verbunden sind, und daß der erste und de zweite Eingangstransistor von einem dem der Transi stören der Stromspiegeianordnungen gleichen Leitfä higkeitstyp sind und in den Emitterlcitungen des erster und des /weiten Eingangstransistors eine dritte bzw eine vierte Stromquellenschaltung angeordnet sind.

Diese Ausführungsform weist den Vorteil auf, daß di ßasis-Kolleklor-Spannung der Eingangstransislorer niedrig, und zwar gleich der Basis-Emitler-Spannunj der ersten Transistoren der ersten und der /weitet Stromspiegelanordnung ist, wodurch als Eingangstran sistorcn Transistoren mit einem hohen Slromverstär kungsfiiktor angewendet werden können.

Der Spannungs-Strom-Umsctzer nach der Erfindunj kann /. B. als Eingangsschaltung für Mel.tvcrstärke verwendet werden. Dabei ist es wünschenswert, daß de Umset/ungsfaktor dem Emgangssignalpcgcl angepaß werden kann. Dies kann dadurch erfolgen, daß de

IJmsetzungsfaktor ζ. B. mittels eines Schalters gewählt werden kann. Dazu ist der Spannungs-Strom-Umsetzer nach der Erfindung, bei dem die erste und die zweite Stromspiegelanordnung ein erstes Paar bilden, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungs-Strom-Umsetzcr mindestens ein zweites Paar von Stromspiegelanordnungen enthält, das ebenfalls eine erste und eine zweite Stromspiegelanordnung umfaßt, die den gleichen Aufbau wie die Stromspiegelanordnungen des ersten Paares aufweisen, wobei die gemeinsamen Anschlußpunkte der ersten Stromspiegelanordnungen des ersten und des zweiten Paares, gleich wie die gemeinsamen Anschlußpunkte der zweiten Stromspiegelanordnungen des ersten und des zweiten Paares, miteinander verbunden sind, daß die zweiten Eingangsanschlußpunkte der ersten und der zweiten Stromspiegelanordnung des zweiten Paares ebenfalls über eine Impedanz miteinander verbunden sind, und daß weiter die ersten Eingangsanschlußpunkte der ersten und der zweiten Stromspiegelanordnung des zweiten Paares gleichfalls mit Ausgängen von Stromquellenschaltungen verbunden sind.

Dabei ist es möglich, die verschiedenen Stromquellen schaltbar zu machen oder mit Hilfe von Schaltern jeweils die Ausgangsanschlußpunkte eines anderen Paares von Stromspiegelanordnungen zu wählen.

Der Spannungs-Strom-Umsetzer mit mehreren Paaren von Stromspiegelanordnungen nach der Erfindung gründet sich auf die Erkenntnis, daß die Signalströme den vorgenannten Signalweg durchfließen. Das Einschalten jeweils einer anderen Impedanz in diesen Signalweg würde den Nachteil mit sich bringen, daß durch die Schalteinheiten ein Signalstrom fließt, was den Umsetzungsfaktor beeinflussen würde. Durch die zuletzt genannte Maßnahme nach der Erfindung ist es möglich, die Schalteinheiten außerhalb des Signalweges zu halten.

In bezug auf die Schalteinheiten ist die vorhergehende Ausführungsform eines Spannungs-Strom-Umsetzers nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Eingangsanschlußpunkte aller ersten Stromspiegelanordnungen je für sich über Schalteinheiten mit dem Ausgang der ersten Stromquellenschaltung verbunden sind, und daß die ersten Eingangsanschlußpunkte aller zweiten Stromspiegelanordnungen je für sich über Schalteinheiten mit dem Ausgang der zweiten Stromquellenschaltung verbunden sind.

Diese Ausführungsform weist den Vorteil auf, daß bei jedem Paar von Stromspiegelanordnungen die Gleichstromeinstellung dieselbe ist. Werden für die Schalteinheiten Bipolartransistoren verwendet, so sollen diese einen dem der Transistoren der ersten und der zweiten Stromspiegelanordnung entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp aufweisen.

In bezug auf die erste und die zweite Stromquellenschaltung ist eine bevorzugte Ausführungsform des Spannungs-Strom-Umsetzers nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Stromquellenschaltung eine dritte bzw. eine vierte Stromspicgelanordnung enthalten, die aus Transistoren von einem dem der Transistoren der ersten und der zweiten Stromspiegelanordnung entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp aufgebaut sind, wobei in jeder der beiden Stromspicgclanordnungen in einer ersten Strombahn, die zwischen einem ersten Eingangsanschlußpunkt und einem gemeinsamen Anschlußpunkt gebildet wird, mindestens die Kollektor-Emittcr-Strekke eines ersten Transistors angeordnet ist, wobei der Emitter dieses ersten Transistors mit dem gemeinsamen Anschlußpunkt verbunden ist, während in einer zweiten Strombahn, die zwischen einem Ausgangsanschlußpunkt und dem gemeinsamen Anschlußpunkt gebildet wird, mindestens die Reihenschaltung der Kollektor-Emitter-Strecke eines zweiten Transistors und eines Halbleiterübergangs angeordnet ist, wobei der Kollektor dieses zweiten Transistors mit dem Ausgangsanschlußpunkt verbunden ist, wobei der Halbleiterüber-

iü gang den Basis-Emitter-Übergang des ersten Transistors überbrückt, und wobei die Basis dieses ersten Transistors mit einem zweiten Eingangsanschlußpunkt verbunden ist, während der erste Eingangsanschlußpunkt der dritten und der vierten Stromspiegelanordnung mit dem Kollektor des ersten bzw. des zweiten Eingangstransistors verbunden ist, die den gleichen Leitfähigkeitstyp wie die Transistoren der ersten und der zweiten Stromspiegelanordnung aufweisen; daß der Ausgangsanschlußpunkt der dritten und der vierten Stromspiegelanordnung mit dem ersten Eingangsanschlußpunkt der ersten bzw. zweiten Stromspiegelanordnung verbunden ist, und daß eine dritte und eine vierte Stromquellenschaltung vorgesehen sind, die mit dem gemeinsamen Anschlußpunkt der ersten bzw. der

2■) zweiten Stromspiegelanordnung verbunden sind.

Eine Verbesserung dieser bevorzugten Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Eingangsanschlußpunkte der dritten und der vierten Stromspiegelanordnung miteinander verbunden sind;

jo daß die dritte Stromquellenschaltung die Reihenanordnung der Kollektor-Emitter-Strecken eines dritten und eines vierten Transistors enthält; und daß die vierte Stromquellenschaltung die Reihenanordnung der KoI-iektor-Emitter-Strecken eines fünften und eines sech-

J5 sten Transistors enthält, wobei die Emitter des dritten und des fünften Transistors mit einem ersten Punkt fester Spannung, die Basis-Elektroden mit einem zweiten Punkt fester Spannung und die Kollektoren mit den Emittern des vierten bzw. des sechsten Transistors

4» verbunden sind, wobei die Basis-Elektroden des vierten und des sechsten Transistors mit einem dritten Punkt fester Spannung und die Kollektoren mit den gemeinsamen Anschlußpunkten der ersten bzw. der zweiten Stromspiegelanordnung verbunden sind, während zwisehen den Emittern des vierten und des sechsten Transistors ein Potentiometer angeordnet ist, dessen Abgriff mit einem vierten Punkt fester Spannung verbunden ist.

Ein Spannungs-Strom-Umsetzer nach der vorherge-

■3(i henden Ausführungsform oder nach der verbesserten Abwandlung derselben mit umschaltbarem Umsetzungsfaktor, wobei die erste und die zweite Stromspiegelanordnung ein erstes Paar bilden, ist dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungs-Strom-Umsetzer mindestens ein zweites Paar von Stromspiegelanordnungen enthält, das ebenfalls durch eine erste und eine zweite Stromspiegelanordnung gebildet wird, die den gleichen Aufbau wie die Stromspiegelanordnungcn des ersten Paares aufweisen, wobei die gemeinsamen

mi Anschlußpunkte der ersten Stromspiegelanordnungen des ersten und des zweiten Paares, gleich wie die gemeinsamen Anschlußpunktc der zweiten Stromspiegelanordnungen des ersten und des zweiten Paares, miteinander verbunden sind; daß die zweiten Anschluß-

b^ri punkte der ersten und der zweiten Stromspicgclanordnung des zweiten Paares ebenfalls über eine Impedanz miteinander verbunden sind; daß die Basis des /.weiten Transistors der dritten Stromspiegclanorclnung mit der

Basis eines elften Transistors vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie der zweite Transistor der dritten Stromspiegelanordnung verbunden ist, wobei der Kollektor dieses elften Transistors mit dem ersten Anschlußpunkt der ersten Stromspiegelanordnung des zweiten Paares verbunden ist, wobei Schalteinheiten den Emitter des zweiten Transistors der dritten Stromspiegelanordnung und den Emitter des elften Transistors je für sich mit dem zweiten Eingangsanschlußpunkt der dritten Stromspiegelanordnung verbinden, und daß weiter die Basis des zweiten Transistors der vierten Stromspiegelanordnung mit der Basis eines zwölften Transistors vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie der zweite Transistor der vierten Stromspiegelanordnung verbunden ist, wobei der Kollektor dieses zwölften 1 ■-> Transistors mit dem ersten Eingangsanschlußpunkt der zweiten Stromspiegelanordnung des zweiten Paares verbunden ist, wobei Schalteinheiten den Emitter des zweiten Transistors der vierten Stromspiegelanordnung und den Emitter des zwölften Transistors je für sich mit dem zweiten Anschlußpunkt der vierten Stromspiegelanordnung verbinden.

Bei dieser Ausführungsform sind die Schalteinheiten in der dritten und der vierten Stromspiegelanordnung angebracht, wobei die Schalteinheiten Bipolartransisto- 2> ren sein können.

Zur besseren Unterdrückung von Gleichtaktsignalen ist eine bevorzugte Ausführungsform eines Spannungs-Strom-Umsetzers nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Stromquellen- so schaltung dadurch gebildet werden, daß eine fünfte Stromquellenschaltung mit den Basis-Elektroden eines siebenten und eines achten Transistors verbunden ist, die einen dem der Transistoren der ersten und der zweiten Stromspiegelanordnung entgegengesetzten j-, Leitfähigkeitstyp aufweisen, wobei die Emitter dieses siebenten und dieses achten Transistors miteinander und die Kollektoren mit den Basis-Elektroden eines neunten bzw. zehnten Transistors verbunden sind, die den gleichen Leitfähigkeitstyp wie der siebente und der achte Transistor aufweisen und deren Emitter mit den Basis-Elektroden des siebenten und des achten Transistors und deren Kollektoren mit den ersten Eingangsanschlußpunkten der ersten bzw. der zweiten Stromspiegelanordnung verbunden sind; daß der erste und der -r, zweite Eingangstransistor vom gleichen Leilfähigkeitstyp wie die Transistoren der ersten und der zweiten Stromspiegelanordnung sind, und daß die Kollektoren des ersten und des zweiten Eingangstransistors mit den Kollektoren des siebenten und des achten Transistors w und die gemeinsamen Anschlußpunkte der ersten und der zweiten Stromspiegelanordnung mit einer sechsten bzw. einer siebenten Stromquellenschaltung verbunden sind.

Um einen umschaltbarcn Umsetzungsfaktor zu v, erhalten, ist die vorhergehende Ausführungsform, bei der die erste und die zweite Stromspiegelanordnung ein erstes Paar bilden, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungs-Strom-Umsetzer mindestens ein zweites Paar von Stromspiegelanordnungcn enthält, das eben- mi falls durch eine erste und eine zweite Stromspiegelanordnung gebildet wird, die den gleichen Aufbau wie die Stromspicgelanordnungen des ersten Paares aufweisen, wobei die gemeinsamen Anschlußpunktc der ersten Stromspicgelanordnungen des ersten und des zweiten b^r> Paares, gleich wie die gemeinsamen Anschlußpunkte der zweiten Stromspicgelanordnungen des ersten und des zweiten Paares, miteinander verbunden sind; daß die zweiten Eingangsanschlußpunkte der ersten und der zweiten Stromspiegelanordnung des zweiten Paares ebenfalls über eine Impedanz miteinander verbunden sind; daß die Basis des neunten Transistors mit der Basis eines dreizehnten Transistors vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie der neunte Transistor verbunden ist, wobei der Kollektor dieses dreizehnten Transistors mit dem ersten Eingangsanschlußpunkt der ersten Stromspiegelanordnung des zweiten Paares verbunden ist, wobei Schalteinheiten den Emitter des neunten Transistors und den Emitter des dreizehnten Transistors je für sich mit der Basis des siebenten Transistors verbinden, und daß weiter die Basis des zehnten Transistors mit der Basis eines vierzehnten Transistors vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie der zehnte Transistor verbunden ist, wobei der Kollektor dieses vierzehnten Transistors mit dem ersten Eingangsanschlußpunkt der zweiten Stromspiegelanordnung des zweiten Paares verbunden ist, wobei Schalteinheiten den Emitter des zehnten Transistors und den Emitter des vierzehnten Transistors je für sich mit der Basis des achten Transistors verbinden.

Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine bekannte Stromspiegelanordnung,

F i g. 2 eine erste Ausführungsform eines Umsetzers nach der Erfindung,

Fig.3 den Aufbau eines vertikalen Substrat-pnp-Transistors neben einem vertikalen npn-Transistor,

F i g. 4 eine zweite Ausführungsform eines Umsetzers nach der Erfindung,

Fig. 5 eine dritte und zugleich bevorzugte Ausführungsform eines Umsetzers nach der Erfindung,

Fig. 6 eine Schaltung, die einen Teil der Schaltung nach F i g. 5 ersetzen kann,

F i g. 7 ein Anwendungsbeispiel eines Spannungs-Strom-Umsetzers nach der Erfindung,

Fig. 8 eine Ausführungsform eines Spannungs-Strom-Umsetzers nach der Erfindung mit umschaltbarem Umsetzungsfaktor und

F i g. 9 eine Schaltung, die einen Teil der Schaltung nach F i g. 8 ersetzen kann.

Bei der bekannten Stromspiegelanordnung nach Fi g. 1 ist in der Strombahn, die zwischen einem ersten Eingangsanschlußpunkt 1 und einem gemeinsamen Anschlußpunkt 4 gebildet wird, die Kollektor-Emitter-Strecke eines ersten Transistors Ti angeordnet. Der Emitter dieses Transistors 7] ist mit dem gemeinsamen Anschlußpunkt 4 verbunden. In der zwischen einem Ausgangsanschlußpunkt 2 und dem gemeinsamen Anschlußpunkt 4 gebildeten Strombahn ist die Reihenschaltung der Kollektor-Emiiter-Strecke eines zweiten Transistors T2 und eines Halbleiterübcrgangs, im dargestellten Beispiel eines als Diode geschalteten Transistors T₃, angeordnet. Der Halbleilcrübergang überbrückt dabei den Basis-Emittcr-Übcrgang des Transistors Ti, so daß auf diese Weise ein Stromspicgel erhalten ist. Der Kollektor des Transistors T2 ist mit dem Ausgangsanschlußpunkt 2 verbunden, während die Basis mit dem Kollektor des Transistors 71 verbunden isl. Ein zweiter Eingangsanschlußpunkt 3 ist mit der Basis des Transistors Ti verbunden. Die Transistoren Ti, Ti und T\ sind vom gleichen Leitfähigkeitstyp, im dargestellten Beispiel vom npn-Lcilfähigkcitstyp.

Wenn angenommen wird, daß der Transistor Tj eine gleiche Basis-Emitter-Oberfläche wie der Transistor Ti aufweist, ist der die Kollcktor-Emiltcr-Strccke des

Transistors T₁ durchfließende Strom gleich dem die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors T] durchfließenden Strom. Dieser Strom ist dabei gleich dem Strom /ι, der dem Eirigangsanschlußpunkt 1 zugeführt wird. Wird dem Eingangsanschlußpunkt 3 ein Strom It zugeführt, so gilt, daß der den Ausgangsanschlußpunkt 2 durchfließende Strom gleich /| —/3 ist. Der den gemeinsamen Anschlußpunkt 4 durchfließende Strom /0 ist gleich 2 l\.

Die an Hand der Fig. I beschriebene Stromspiegelanordnung wird in dem Spannungs-Strom-Umsetzer nach der Erfindung verwendet, von dem Fig. 2 eine erste Ausführungsform zeigt.

Der Spannungs-Strom-Umsetzer nach F i g. 2 enthält zwei Stromspiegelanordnungen entsprechend Fig. 1. Die erste Stromspiegelanordnung ist mit den gleichen Bezugsbuchstaben und -ziffern wie in Fig. 1 versehen. Die zweite Stromspiegelanordnung weist auf entsprechende Weise einen ersten Eingangsanschlußpunkt 5, einen zweiten Eingangsanschlußpunkt 7, einen Ausgangsanschiußpunkt 6, einen gemeinsamen Anschlußpunkt 8, einen ersten Transistor Ta, einen zweiten Transistor T₅ und einen als Diode geschalteten Transistor Tb auf. Zwischen den Eingangsanschlußpunkten 3 und 7 ist ein Widerstand R angeordnet. Die Eingangsanschlußpunkte 1 und 5 sind über die Stromquellen 13 bzw. 14 mit einem Punkt 11 konstanter positiver Spannung verbunden. Die Ausgangsanschlußpunkte 2 und 6 bilden den Gegentaktstromausgang des Spannungs-Strom-Umsetzers. Die gemeinsamen Anschlußpunkte 4 und 8 sind mit den Emittern der Eingangstransistoren Ti bzw. Γ« verbunden. Die Basis-Elektroden dieser Eingangstransistoren Ti und T₈ sind mit den Gegentaktspannungseingangsklemmen 9 bzw. 10 verbunden, während die Kollektoren mit einem Punkt 12 konstanter negativer Spannung verbunden sind.

Wenn angenommen wird, daß der von der Stromquelle 13 dem Eingangsanschlußpunkt 1 zugeführte Strom gleich I] ist und daß von der Stromquelle 14 ein Strom gleich /5 dem Eingangsanschlußpunkt 5 zugeführt wird, dann ist der Strom h, der den Eingangsanschlußpunkt 4 und somit die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors Ti durchfließt, gleich 2 /1, vorausgesetzt, daß die Transistoren Γι und Γι identisch sind, und ist der den gemeinsamen Anschlußpunkt 8 und somit die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 7b durchfließende Strom k gleich 2 A„ vorausgesetzt, daß die Transistoren Ta und Tb identisch sind. Durch den als Diode geschalteten Transistor T₁ fließt ein Strom gleich /1 und ebenfalls fließt ein Strom gleich k durch den als Diode geschalteten Transistor Tt,. Wenn die von den Stromquellen 13 und 14 gelieferten Ströme /| und A₁ konstant sind, sind die Basis-Emitter-Spannungen der Transistoren 71, Tj, Ta, T_b, Tj und Tu konstant. Die Spannung über dem Widerstand R ist dann gleich der Eingangsdifferenzspannung V, die zwischen den Anschlußpunklcn 9 und 10 vorhanden ist, abzüglich des Unterschiedes zwischen der Summe der Basis-Emitter-Spannungcn der Transistoren Tj und Tj und der Summe der Basis-Emittcr-Spannungcn der Transistoren Tt und Tu, also bis auf eine konstante Spannung gleich V. Wenn die Ströme /1 und A, einander gleich sind, die Transistoren Tj und Γ« einander gleich sind, die Transistoren Tj und Γ« einander gleich sind und die Stromspiegelanordnungen miteinander identisch sind, gilt, daß die Spannung über dem Widerstand R gleich der Eingangsdifferenzspanniing Vist. Der Strom //(,der den Widerstand Rdurchfließt, ist dabei gleich VIR.

Der Strom /2, der den Ausgangsanschlußpunkt 2 durchfließt, ist gleich /1 + Ir, während der den Ausgangsanschlußpunkt 6 durchfließende Strom /_b gleich /5— Ir und somit gleich l\ — Ir ist. Auf diese Weise ist ein Gegentaktausgangsstrcm erhalten.

Wenn die Basisströme der verschiedenen Transistoren vernachlässigt werden, gilt, daß der Ausgangssignalstrom Ir von dem Ausgangsanschlußpunkt 2 her über die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors T2, den Widerstand R und die Emitter-Kollektor-Streckc des Transistors Γ5 zu dem Ausgangsanschlußpunkt 6 fließt und dabei nicht die Eingangstransistoren Ti und T₈ durchfließt. Der Basissignalstrom der Transistoren T₂ und 7s durchfließt wohl die Eingangstransistoren T₁ und T₈.

Es sei bemerkt, daß die Transistoren Tj und T₈ pnp-Transistoren sind, was jedoch weniger bedenklich ist, weil die beiden pnp-Transistoren mit ihrem Kollektor an den Punkt mit dem niedrigsten Potential der Schaltung angeschlossen sind, so daß zu diesem Zweck vertikale Substrat-pnp-Transistoren verwendet werden können, die erheblich günstiger als laterale pnp-Transistoren sind.

Fig. 3 zeigt zur Verdeutlichung den Schnitt durch einen möglichen Aufbau eines vertikalen Substrat-pnp-Transistors neben einem vertikalen npn-Transistor. Auf dem p-leitcnden Substrat 20 ist eine n-leitcndc epitakti^chc Schicht angebracht, die durch eine p ⁺ -Trenndiffusion 26 in zwei Gebiete 21 und 22 unterteilt ist. Durch Diffusion von p-leitendcm Material an die Gebiete 21 und 22 sind zwei p-lcitendc Inseln 23 bzw. 24 gebildet. In der p-lcitenden Insel 23 ist ein n-leitcndcs Gebiet 25 gebildet. Der Emitter, die Basis und der Kollektor des vertikalen Substrat-pnp-Transistors werden durch die p-leitendc Insel 24, die n-lcitende epitaktische Schicht 22 bzw. das Substrat 20 gebildet, wobei ein Kollektoranschluß an dem Trcnndiffusionsgebiet 26 hergestellt werden kann. Der Emitter, die Basis und der Kollektor des vertikalen npn-Transistors werden durch das η-leitende Gebiet 25, das p-leitende Gebiet 23 bzw. die η-leitende epitaktische Schicht 21 gebildet.

Wenn es wünschenswert ist, die Transistoren Ti und Tu durch npn-Transislorcn zu ersetzen, wird ein Spannungs-Strom-Umsetzer nach der zweiten Ausführungsform erhalten. Diese zweite Alisführungsform ist in Fig.4 dargestellt. Dieser Umsetzer entspricht dem Umsetzer nach F i g. 2, mit Ausnahme der Transistoren Ti und Γ«, die durch die npn-Transistoren T* bzw. Tk, und zwei hinzugefügte Stromquellen 15 und 16 ersetzt sind. Die Stromquelle 15, die einen Strom Ai führt, verbindet den gemeinsamen Anschlußpunkt 4 mit dem Punkt 12 konstanten negativen Potentials, während die Stromquelle 16, die einen Strom /w führt, den gemeinsamen Anschlußpunkt 8 mit dem Punkt 12 verbindet. Die Eingangsanschlußpunktc 9 und 10 sind mit den Basis-Elektroden der Transistoren T) bzw. Γιο verbunden. Die Emitter der Transistoren Tt und Γιο sind mit den gemeinsamen Anschlußpunkten 4 bzw. 8 verbunden, während die Kollektoren mit den Basis-Elektroden derTransistorcn T\ bzw. T* verbunden sind.

Wie bei dem Umsetzer nach F i g. 2 ist unter der Bedingung, daß die Transistoren T\ und 7j, gleich wie die Transistoren Γι und 71,, miteinander identisch sind, der Strom /₄ gleich 2 /1 und der Strom k gleich 2 l·,. Der die Kollcklor-Emitlcr-Strcckc des Transistors Γι durchfließende Slmm ist dann gleich /ii—2 l\ und der die

Kollektor-Emittei-Strecke des Transistors T₁₀ durchflic-Bende Strom ist gleich Ao— 2 /₅. Wenn wieder der Strom I] gleich dem Strom /5, der Strom /9 gleich dem Strom /10, der Transistor Γ9 mit dem Transistor Ti₀ identisch ist und die beiden Stromqueller miteinander identisch sind, gilt, daß der Strom Ir gleich VIR ist. Für k = 3 /1 und somit /10 = 3/i sind die Gegentaktausgangsströme /₂ und It gleich 2 Λ + /_R bzw. 2 A — Ir.

Außer der Tatsache, daß der Umsetzer nach Fig. 2 bis auf die Transistoren 7?, 7g lediglich npn-Transistoren enthält, weist der Umsetzer noch den Vorteil auf, daß die Kollektor-Emitter-Spannungen der Eingangstransistoren T₉ und Γιο niedrig sind, weil diese gleich der Basis-Emitter-Spannung der Transistoren 7~6 bzw. Tj sind, wodurch für die Eingangstransistoren Transistoren mit einem hohen Stromverstärkungsfaktor verwendet werden können, weil ein hoher Stromverstärkungsfaktor mit einer niedrigen Kollektor-Emitter-Durchschlagspannung einhergeht.

Da die Kollektor-Emitter-Ströme der Transistoren T₉ und TiD konstant sind und durch die Stromquellen 13 und 15 bzw. 14 und 16 bestimmt werden, sind die Stromquellen 15 und 16 genügend, während die Kollektorkreise der Transistoren T₉ und 71omit je einem Stromspiegel an die ersten Eingangskreise der ersten und zweiten Stromspiegelanordnungeu angeschlossen sind. Wenn dabei überdies die Stromquellen 15 und 16 miteinander identisch sind, können beide Stromspiegel miteinander gekoppelt werden, während auch die beiden Stromquellen 15 und 16 miteinander gekoppelt werden können. Dies führt zu dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 des Spannungs-Strom-Umsetzers gemäß einer Weiterbildung der Erfindung.

Der Umsetzer nach F i g. 5 ist grundsätzlich dem nach Fi g. 4 ;r\ilog. Die erste und die zweite Stromspiegelanordnung, die miteinander über den Widerstand R gekoppelt sind, sind auf gleiche Weise ausgebildet und mit entsprechenden Bezugszeichen versehen. Die Kollektoren der Eingangstransistoren T₉ und Γ10 sind mit den Kollektoren der Transistoren Tis und T]₈ verbunden, die beide vom pnp-Leitfähigkeitstyp sind. Die Emitter der Transistoren Tu und Ti₈ sowie die Emitter zweier als Diode geschalteter pnp-Transistoren Ti* und Ti» sind mit dem positiven Speisungsanschlußpunkt 11 verbunden. Die Basis-Elektroden der Transistoren Ti?. Tit,. Tie und T|9 sind miteinander verbunden, wodurch eine dritte und eine vierte Stromspiegelanordnung erhalten sind, die miteinander gekoppelt sind. Der Kollektorkreis des Transistors Γ15 bildet den Eingangskreis der dritten Stromspiegelanordnung und der Kollektorkreis des Transistors Tie bildet den Eingangskreis der vierten Stromspiegelanordnung. Die Ausgangskreise der dritten und der vierten Stromspiegelanordnung werden durch die Kollektor-Emitter-Strecken der pnp-Transistoren Tu bzw. T₂o gebildet, deren Basis-Elektroden mit den Kollektoren der Transistoren T15 bzw. Tib und deren Emitter mit den Kollektoren der Transistoren Ti₆ bzw. Tm verbunden sind. Die Kollektoren der Transistoren Ti₇ und T₂₀ sind mit den Eingangsanschlußpunkten 1 bzw. 5 verbunden. Die gemeinsamen Anschlußpunkte 4 und 8 sind mit den Kollektoi-en der Transistoren Tu bzw. Ti₂ verbunden, deren Emitter mit den Kollektoren der Transistoren T^ bzw. Tm verbunden sind. Die Emitter der Transistoren Ti j und Tu sind mit dem negativen Speisungsanschluß-Dunkt 12 verbunden. Die Basis-Elektroden der Transistoren Tu und Tu sind mit einem Anschlußpunkt 18 und die Basis-Elektroden der Transistoren Tu und Tu mit einem Anschlußpunkt 17 verbunden. Die Emitter cUr Transistoren Tw und Ti₂ sind über ein Potentiometer 19, dessen Schieber mit dem negativen Speisungsanschlußpunkt 12 verbunden ist, miteinander verbunden.
Infolge der dritten und der vierten Stromspiegelanordnung ist der Strom Ai, der die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors T₉ durchfließt, gleich dem Strom /1, während der Strom /12, der die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors Tio durchfließt, gleich dem Strom /5 ist. Wie bei den Umsetzern nach F i g. 2 und 4 ist der Strom /4 gleich 2 /1 und der Strom 4 gleich 2 /5. Der Strom /₉, der den Kollektorkreis des Transistors Tu durchfließt, ist also gleich 31], während der den Kollektorkreis des Transistors Τι₂ durchfließende Strom /10 gleich 3 /5 ist. Wenn die Ströme /9 und /10 konstant und einander gleich sind, gilt wieder, daß die Basis-Emitter-Spannungen der Transistoren Ti, T₃, T₄, Te, Tu und Ti; konstant und außerdem einander gleich sind, vorausgesetzt, daß die Basis-Emitter-Oberflächen dieser Transistören einander gleich sind. Dadurch ist die Spannung über dem Widerstand R gleich der Eingangsdifferenzspannung. Die Ströme /9 und /10 werden dadurch erhalten, daß die Anschlußpunkte 17 und 18 mit Punkten konstanten Potentials verbunden werden. Die Basis-

2) Emitter-Spannungen der Transistoren Th und TU sind gleich der Spannung zwischen dem Anschlußpunkt 18 und dem negativen Speisungsanschlußpunkt 12, wodurch die Kollektorströme dieser Transistoren einander gleich sind. Die Ströme /9 und /10 sind je gleich der

jo Summe des Kollektorstromes des Transistors Th bzw. TU und des Stromes, der von dem Emitter des Transistors Tn bzw. Ti₂ her über den Abgriff des Potentiometers 19 zu dem negativen Speisungsanschlußpunkt 12 fließt. Durch Einstellung des Potentio-

j; meters 19 lassen sich also die Ströme /9 und /10 in bezug aufeinander einstellen, was eine »Offset«-Regelung ergibt, mit der die Gleichstromkomponenten der Ausgangsströme in bezug auf ihren Pegel gegeneinander verschoben werden können. Da die Basis-Emitter-Spannungen der Transistoren Tu und T12 temperaturabhängig sind, werden sich bei einer konstanten Spannung am Anschlußpunkt 17 die Spannungen zwischen den Emittern der Transistoren Tn und Ti₂ und dem Abgriff des Potentiometers 19 mit der Temperatur ändern, wodurch der »Offset« temperaturabhängig wird. Dieses Problem kann dadurch behoben werden, daß die Spannung am Anschlußpunkt 17 auf einer temperaturunabhängigen Komponente und einer Komponente aufgebaut wird, die sich auf gleiche Weise wie die Basis-Emitter-Spannungen der Transistoren Tn und Ti₂ mit der Temperatur ändert.

In bezug auf die Verstärkung von Gleichtaktsignalen kann die Schaltung nach Fig. 5 verbessert werden. Zu diesem Zweck wird bei der Schaltung nach Fig.5 der von gestrichelten Linien umrahmte Teil durch die Teilschaltung nach Fig. 6 ersetzt. Dies entspricht dem Ersatz der Dioden T|_b und Ti₉ durch eine einzige Stromquelle 32. Die Gleichtaktströme, die die Kollektor-Emitter-Strecken der Transistoren T15 und Ti₈

b(i durchfließen, werden nun nicht mehr zu den Eingangskreisen 1 und 6 der Stromspiegelanordnungen reflektiert, wodurch die Eingangsströme /1 und 4 in geringerem Maße von dem Eingangsgleichspannungspegel abhängig sind. Die Stromquelle 32 kann dabei die

hi Summe der Ströme A und 4 führen.

Fig. 7 zeigt ein Anwendungsbeispiel eines Spannungs-Strom-Umsetzers nach der Erfindung. Die Schaltung enthält die schematisch dargestellten Span-

nungs-Strom-Umsetzer 1 und II mit je den Gegentaktspannungseingangsanschlußpunkten 9 und 10 und den Gegentaktstromausgangsanschlußpunkten 2 und 6. Der Ausgangsanschlußpunkt 2 des Spannungs-Strom-Umsetzers 1 und der Ausganpsanschlußpunkt 6 des Spannungs-Strom-Umsetzers II sind mit einem ersten Eingangsanschlußpunkt 27 einer Subtraktionsschaltung Ml verbunden, deren Ausgangsstrom gleich dem Unterschied zwischen den Eingangsströmen ist. Ein zweiter Eingangsanschlußpunkt 28 der Subtraktionsschaltung III ist mit dem Ausgangsanschlußpunkt 6 des Spannungs-Strom-Umsetzers I und dem Ausgangsanschlußpunkt 2 des Spannungs-Strom-Umsetzers II verbunden. Der Ausgangsanschlußpunkt 29 der Subtraktionsschaltung III ist über einen Verstärker IV mit dem Eingangsanschlußpunkt 9 des Spannungs-Strom-Umsetzers Il verbunden.

Wie in F i g. 7 dargestellt ist, wird eine Spannung V,„ dem Eingangsanschlußpunkt 9 des Spannungs-Strom-Umsetzers I zugeführt. Den Eingangsanschlußpunkten 10 der beiden Spannungs-Strom-Umsetzer wird eine Referenzspannung V_rer zugeführt. Die Spannung am Eingangsanschlußpunkt 9 des Spannungs-Strom-Umsetzers II ist V_u//. Der Ausgangsstrom am Ausgangsanschlußpunkt 2 des Spannungs-Strom-Umsetzers I ist i), wodurch der Ausgangsstrom am Ausgangsanschlußpunkt 6 des Spannungs-Strom-Umsetzers I gleich —1\ ist. An den Ausgangsanschlußpunkten 2 und 6 des Spannungs-Strom-Umsetzers II fließen die Ströme /2 bzw. —/2. Der Ausgangsstrom der Subtraktionsschaitung III ist dann dem Unterschied zwischen den Strömen 1] und /2 proportional. Dieser Differenzstrom wird über den Verstärker IV auf den Eingangsanschlußpunkt 9 des Spannungs-Strom-Umsetzers II rückgekoppelt. Infolge dieser Rückkopplung wird der Strom i₂ gleich dem Strom i\ sein. Wenn der Widerstand des Spannungs-Strom-Umsetzers I gleich R] und der Widerstand des Spannungs-Strom-Umsetzers II gleich R₂ ist gilt:

V_eil- V_ri,- = ~(V_in- K₁,).
«1

Auf diese Weise ist ein Verstärker erhalten, dessen Verstärkungsfaktor durch das Verhältnis der beiden Widerstände R₂ und R\ bestimmt wird.

Wenn ein Spannungs-Strom-Umsetzer in z. B. Meßverstärkern verwendet wird, ist es erwünscht, daß z. B. zum Wählen eines geeigneten Meßbereiches der Umsetzungsfaktor gewählt werden kann. Da der Umsetzungsfaktor durch den Wert des Widerstandes R bestimmt wird, könnte dies z, B. dadurch erfolgen, daß jeweils ein anderer Widerstand zwischen den Klemmen 3 und 7 eingeschaltet wird. Dabei ergibt sich jedoch der Nachteil, daß die Schalter dann in den Signalweg aufgenommen sind und den Umsetzungsfaktor mitbeeinflussen. Fig.8 zeigt eine Lösung, bei der dieses Problem nicht auftritt.

Die verschiedenen Teile der Schaltung nach Fig. 8 sind mit den gleichen Bezugszeichen wie die entsprechenden Teile der Schaltungen nach den anderen Figuren versehen. Zwischen dem Eingangsanschlußpunkt 1 der Stromspiegelanordnung Ti, T₂, T₃ und dem Ausgang des Stromspiegels ΤΊ5, Ti₆, Ti₇ ist ein Schalter angeordnet, der durch einen pnp-Transistor Γ48 mit Steuerelektrode 51 gebildet wird. Ebenso ist zwischen dem Eingangsanschlußpunkt 5 der Stromspiegelanordnung T₄, T5, Te und dem Ausgangsanschlußpunkt der Stromspiegelanordnung T\& Tjg, Γ20 ein Schalter angeordnet, der durch einen pnp-Transistor Tji mit Steuerelektrode 62 gebildet wird. Dem Spannungs-Strom-Umsetzer ist ein zweites Paar von Stromspiegelanordnungen Ti₁, 7«, T₄₃ bzw. T45, T₄₆, T47 zugeordnet, wobei die gemeinsamen Anschlußpunkte dieser Stromspiegelanordnungen mit den gemeinsamen Anschlußpunkten der Stromspiegelanordnungen Γι, T₂, T₃ bzw. 7₄, T5, Te verbunden sind. Die Ausgangsanschlußpunkte sind mit den Gegentaktausgangsanschlußpunkten 2 bzw. 6 und die zweiten Eingangsanschlußpunkte 43 bzw. 47 sind miteinander über einen Widerstand Ri verbunden. Der erste Eingangsanschlußpunkt 41 dor Stromspiegelanordnung T41, T42, T43 ist über einen durch einen pnp-Transistor T49 mit Steuerelektrode 52 gebildeten Schalter mit dem Ausgang der Stromspiegelanordnung Ti 5, T\t, Ti 7 verbunden, während ebenso der erste Eingangsanschlußpunkt 45 der Stromspiegelanordnung T45, T46, T47 über einen durch einen pnp-Transistör T50 mit Steuerelektrode 61 gebildeten Schalter mit dem Ausgang der Stromspiegelanordnung 7Is, Tjg, 7«) verbunden ist. Für die Eingangstransistoren Tg und Ti₀ sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel Feldeffekttransistoren gewählt.

Überschreitet die Spannung an der Steuerelektrode 52 in genügendem Maße die Spannung an der Steuerelektrode 51 und überschreitet ebenso die Spannung an der Steuerelektrode 61 in genügendem Maße die Spannung an der Steuerelektrode 62, so

jo werden sich die Transistoren 748 und T^i im leitenden Zustand und die Transistoren T^₉ und T50 im nichtleitenden Zustand befinden. Umgekehrt können mittels der Steuerspannungen an den Steuerelektroden 51, 52, 61 und 62 die Transistoren T₄₉ und Γ50 in den leitenden Zustand gebracht werden, während die Transistoren 748 und T51 in den nichtleitenden Zustand gebracht werden. Im ersten Falle werden die Stromspiegelanordnungen Ti, T₂, T₃ und T₄, Ti, Te erregt sein, während im zweiten Falle die Stromspiegelanordnungen T₄|, T42, T₄₃ und T45, T₄₆, T₄₇ erregt sein werden, wodurch der Spannungs-Strom-Umsetzungsfaktor im ersten Falle durch den Widerstand R und im zweiten Falle durch den Widerstand Ri bestimmt wird.

Wie bereits erwähnt wurde, fließen die Signalströme, abgesehen von Basisströmen, lediglich durch die Hauptstrombahnen der Transistoren T2, T₄₂, 745 und T5 und durch die Widerstände R und R\. Die Schalttransistoren T<8, T49, T50 und T51 beeinflussen also den Umsetzungsfaktor nicht.

Der Spannungs-Strom-Umsetzer kann auf entsprechende Weise mit mehreren Paaren von Stromspiegelanordnungen mit je einem eigenen Umsetzungsfaktor erweitert werden. Außerdem kann die an Hand der Fig. 8 veranschaulichte Maßnahme bei allen Ausführungsformen eines Spannungs-Strom-Umsetzers nach der Erfindung, wie sie z. B. in den F i g. 2, 4, 5 und 6 dargestellt sind, angewendet werden.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 wird mit pnp-Transistoren geschaltet, was in integrierten Schal-

bo tungen weniger attraktiv ist. Um mit npn-Transistoren schalten zu können, kann der innerhalb der gestrichelten Linien dargestellte Teil der Schaltung nach F i g. 8 durch den in F i g. 9 dargestellten Teil ersetzt werden.

Die Schaltung nach Fig. 9 enthält die Stromspiegelanordnungen T15, Ti₆, T17 und T]₈, T19, T₂₀. Die Schalttransistoren T48 und T51, die nun vom npn-Typ sind, sind zwischen den Emittern der Transistoren Ti₇ bzw. T₂o und den Kollektoren der Transistoren Tk, bzw.

Γη angeordnet. Die Kollektoren der Transistoren 71? und T2osind mit den Eingangsanschlußpunkten 1 bzw. 5 der Stromspiegelanordnungen 71, 7}, T₃ bzw. T₄, Ts, T_b verbunden. Die Basis-Elektroden der Transistoren 7I₇ und 720 sind mit den Basis-Elektroden von Transistoren Γ417 bzw. Γ420, die beide vom pnp-Typ sind, verbunden. Die Kollektoren der Transistoren Γ417 und T^o sind mit den Eingangsanschlußpunkten 41 bzw. 45 der Strom· Spiegelanordnungen 7}i, T₄₂, T₄₃ bzw. T₄₅, T_4b, 7"₄₇ verbunden. Die Emitter der Transistoren 7},? und T₄₂₀ sind über die Hauptstrombahnen von npn-Schalttransistoren 749 bzw. Γ50 mit den Kollektoren der Transistoren 7"i₆bzw. 7i9 verbunden.

Wenn die Transistoren Γ₄β und T$\ im leitenden Zustand und die Transistoren Γ« und Γ50 im nichtleitenden Zustand befindlich sind, bilden die Transistoren 71s,

Γ16 und 7"i7 bzw. die Transistoren T\a, 71g und Γ20 Stromspiegelanordnungen und sind die Stromspiegelnnordnungen 71, T₂, Ti bzw. Γ₄, Γ5, Te erregt. Wenn dagegen die Transistoren Tw und 7so leitend und die Transistoren Tas und T51 nichtleitend sind, bilden die Transistoren Γ15, T\f> und 7₄i7 bzw. die Transistoren Tm, T\g und 7420 Stromspiegelanordnungen und sind die Stromspiegelanordnungen 7"₄i, T₄₂, 7« bzw. Γ45, Ttb, Tu erregt. Auf diese Weise ist wieder ein umschaltbarer Umsetzungsfaktor erzielbar. Auch in diesem Falle ist eine Erweiterung mit mehreren Paaren von Stromspiegelanordnungen möglich.

Die Maßnahme nach Fig. 9 kann bei verschiedenen Ausführungsformen eines Spannungs-Strom-Umsetzers, z. B. bei den Ausführungsformen nach den Fi g. 5 und 6, angewendet werden.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

I. Spannungs-Strom-Umsetzer mit einem Gegentaktspannungseingang und einem Gegentaktstroniausgang, dadurch gekennzeichnet, daß der Umsetzer eine erste und eine zweite Stromspiegelanordnung enthält, wobei in jeder der beiden Stromspiegelanordnungen in einer ersten Strombahn, die zwischen einem ersten Eingangsanschlußpunkt (1,5) und einem gemeinsamen Anschlußpunkt (4, 8) gebildet wird, wenigstens die Kollektor-Emilter-Strecke eines ersten Transistors (Ti, Tu) angeordnet ist, wobei der Emitter dieses ersten Transistors (T\, Ta) mit dem gemeinsamen Anschlußpunkt (4, 8) verbunden ist, während in einer zweiten Strombahn, die zwischen einem Ausgangsanschlußpunkt (2, 6) und dem gemeinsamen Anschlußpunkt (4,8) gebildet wird, wenigstens die Reihenschaltung der Kollektor-Emitter-Strecke eines zweiten Transistors (Ti, 7s) und eines Halbleiterübergangs (Ty, T_b) angeordnet ist, wobei der Halbleiterübergang (T^, Tb) den Basis-Emitter-Übergang des ersten Transistors (71, Ti₁) überbrückt, wobei die Basis dieses ersten Transistors (T\, Tt) mit einem zweiten Eingangsan-Schlußpunkt (3, 7) verbunden ist, während weiter vorgesehen sind: eine erste (13) und eine zweite (14) Stromquelienschaltung, deren Ausgänge mit den ersten Eingangsanschlußpunkten (1, 5) der ersten bzw. der zweiten Stromspiegelanordnung verbunden sind; eine Impedanz, die zwischen den zweiten Eingangsanschlußpunkten (3, 7) der ersten und der zweiten Stromspiegelanordnung angebracht ist, und ein erster (Tj) und ein zweiter (T₈) Eingangslransistor, deren Emitter mit den gemeinsamen Anschlußpunkten (4, 8) der ersten bzw. der zweiten Stromspiegelanordnung verbunden sind, wobei der Gegentaktspannungseingang (9, 10) durch die Basis-Elektroden der beiden Eingangstransistoren (Tj, Tg) gebildet wird, während der Gegentaktstromausgang durch die Ausgangsanschlußpunkte (2, 6) der beiden Stromspiegelanordnungen gebildet wird (F ig. 2).
2. Spannungs-Strom-Umsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste (Tj) und der zweite (Ts) Eingangstransistor von einem dem der Transistoren (T\, T₂, T₄, 7?) der Stromspiegelanordnungen entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp und gegensinnig in Reihe mit diesen Transistoren geschaltet sind (F ig. 2).
3. Spannungs-Strom-Umsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektoren des ersten ('i<t) und des zweiten (To) Eingangstransistors mit den zweiten Eingangsanschlußpunkten (3) der ersten bzw. zweiten Stromspiegelanordnung verbunden sind; daß der erste (Tc₁) und der zweite (To) Eingangslransistor von einem dem der Transistoren (Tu T₂, Γ₄, Γ5) der Stromspiegelanordnungen gleichen Leitfähigkeitstyp sind, und daß in den Emitterleitungen des ersten (V,) und des zweiten (T\o) Eingangstransistoren eine dritte (15) bzw. eine vierte (16) Stromquellenschaltung angeordnet sind (F ig. 4).
4. Spannungs-Strom-Umsctzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste (T5, T\_b, 7~i₇) und die zweite (Ts, Τ\ή, T₂o) Stromquelienschaltung eine dritte bzw. eine vierte Stromspiegelanordnung enthalten, die aus Transistoren (T15, Tu, T\s, T₂n) von einem dem der Transistoren der ersten und der zweiten Stromspiegelanordnung entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp aufgebaut sind, wobei in jeder der beiden Stromspiegelanordnungen in einer ersten Strombahn, die zwischen einem ersten Eingangsanschlußpunkt (40, 50) und einem gemeinsamen Anschlußpunkt (Kl) gebildet wird, wenigstens die Kollektor-Emitter-Strecke eines ersten Transistors (Ts, Tie) angeordnet ist, wobei der Emitter dieses

ι» ersten Transistors (Ts, 71s) mit dem gemeinsamen Anschlußpunkt (11) verbunden ist, während in einer zweiten Strombahn, die zwischen einem Ausgangsanschlußpunkt (1, 5) und dem gemeinsamen Anschlußpunkt (11) gebildet wird, wenigstens die

r> Reihenschaltung der Kollektor-Emitter-Strecke eines zweiten Transistors (Tu, T20) und eines Halbleiterübergangs (T16, Tig) angeordnet ist, wobei der Kollektor dieses zweiten Transistors (Tu, T20) mit dem Ausgangsanschlußpunkt (1, 5) verbunden

2» ist, wobei der Halbleiterübergang (Τβ, Γ19) den Basis-Emitter-Übergang des ersten Transistors (T\% T\s) überbrückt, wobei die Basis des ersten Transistors (T15, 7I₈) mit einem zweiten Eingangsanschlußpunkt verbunden ist, wobei der erste Ein-

2> gangsanschlußpunkt (40, 50) der dritten und der vierten Stromspiegelanordnung mit dem Kollektor des ersten (T9) bzw. des zweiten (To) Eingangstransistors verbunden ist, die den gleichen Leitfähigkeitstyp wie die Transistoren der ersten und der zweiten

so Stromspiegelanordnung aufweisen; daß der Ausgangsanschlußpunkt (1,5) der dritten und der vierten Stromspiegelanordnung mit dem ersten Eingangsanschlußpunkt (1, 5) der ersten bzw. der zweiten Stromspiegelanordnung verbunden ist, und daß eine

ji dritte (Tw, Tu) und eine vierte (T12, 7I₄) Stromquelienschaltung vorgesehen sind, die mit dem gemeinsamen Anschlußpunkt (4, 8) der ersten bzw. der zweiten Stromspiegelanordnung verbunden sind (Fig. 5).
5. Spannungs-Strom-Umsetzer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Eingangsanschlußpunkte der dritten und der vierten Stromspiege'anordnung miteinander verbunden sind; daß die dritte Stromquelienschaltung (Tw, T₁1) die

π Reihenschaltung der Kollektor-Emitter-Strecken eines dritten (Tu) und eines vierten (Tn) Transistors enthält; daß die vierte Stromquelienschaltung (Ti;, TU) die Reihenschaltung der Kollektor-Emitter-Strecken eines fünften (T₄) und eines sechsten (T]₂)

->o Transistors enthält, wobei die Emitter des dritten (Tm) und des fünften ("Ti₄) Transistors mit einem ersten Punkt (12) fester Spannung, die Basis-Elektroden mit einem zweiten Punkt (18) fester Spannung und die Kollektoren mit den Emittern des vierten

Y> (Tw) bzw. des sechsten (T2) Transistors verbunden sind, wobei die Basis-Elektroden des vierten (Tn) und des sechsten (T2) Transistors mit einem dritten Punkt (17) fester Spannung und die Kollektoren mit den gemeinsamen Anschlußpunkten (4,8) der ersten

ho bzw. der zweiten Stromspiegelanordnung verbunden sind, und daß zwischen den Emittern des vierten (Tn) und des sechsten (T\₂) Transistors ein Potentiometer (19) angeordnet ist, dessen Abgriff mit einem vierten Punkt fester Spannung verbunden

tv, ist (F ig. 5).
6. Spannungs-Strom-Umsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste (13) und die zweite (14) Stromquelienschaltung dadurch gebildet

werden, daß eine fünfte Stromquellenschaltung (32) mit den Basis-Elektroden eines siebenten (Tu) und eines achten (T13) Transistors verbunden ist, die einen dem der Transistoren (Ti, T₂, Ta, Γ5) der ersten und der zweiten Stromspiegelanordnung entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp aufweisen, wobei die Emitter des siebenten (T5) und des achten (Tm) Transistors miteinander und die Kollektoren mit den Basis-Elektroden eines neunten (Tu) bzw. eines zehnten (T20) Transistors verbunden sind, die den κι gleichen Leitfähigkeitstyp wie der siebente (7!5) und der achte (TIs) Transistor aufweisen und deren Emitter mit den Basis-Elektroden des siebenten (T^) und des achten (Ti₈) Transistors und deren Kollektoren mit den ersten Eingangsanschlußpunk- 1 > ten (1, 5) der ersten bzw. der zweiten Stromspiegelanordnung verbunden sind; daß der erste (Tg) und der zweite (Tw) Eingangstransistor den gleichen Leitfähigkeitstyp wie die Transistoren der ersten und der zweiten Stromspiegelanordnung aufweisen, während die Kollektoren des ersten (T₉) und des zweiten (Ti₀) Eingangstransistoren mit den Kollektoren des siebenten (Ti₅) bzw. des achten (Ti₈) Transistors verbunden sind, und daß die gemeinsamen Anschlußpunkte (4, 8) der ersten und der r> zweiten Stromspiegelanordnung mit einer sechsten (Tu, Γπ) bzw. einer siebenten (TU, Ti₂) Stromquellenschaltung verbunden sind (F i g. 6 und 5).
7. Spannungs-Strom-Umselzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die erste und so die zweite Stromspiegelanordnung ein erstes Paar bilden, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungs-Strom-Umsetzer mindestens ein zweites Paar (Tau Tm, Tf₁, TAb, Tai) von Stromspiegeianordnungcn enthält, das ebenfalls durch eine erste und eine j-> zweite Stromspiegelanordnung gebildet wird, die den gleichen Aufbau wie die Stromspiegclanordnungen des ersten Paares aufweisen, wobei die gemeinsamen Anschlußpunkte der ersten Stromspiegelanordnungen des ersten und des zweiten Paares, gleich wie die gemeinsamen Anschlußpunktc der zweiten Stromspiegelanordnungen des ersten und des zweiten Paares, miteinander verbunden sind; daß die zweiten Eingangsanschlußpunkte (43, 47) der ersten und der zweiten Stromspiegelanord- -n niing des zweiten Paares (Tau T₄₂, Tu, Ta·-,, T_4b, Tm) ebenfalls über eine Impedanz (R₁) miteinander verbunden sind, und daß weiter die ersten Eingangsanschlußpunkte (41, 45) der ersten und der zweiten Stromspiegelanordnung des zweiten Paares (T,,, T₄₂, v> T_4i, Ta-,, T_4b, T₄₇) ebenfalls mit Ausgängen von Stromqiiellenschaltungen (Tr,, Tk,, 71?, 7i₈, 7"m, T_2H) verbunden sind (F i g. 8).
8. Spannungs-Strom-Umsetzcr nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Eingangsan- v> schlußpunkte (1, 41) aller ersten Stromspiegelanordnungen je für sich über Schalteinheiten (Τακ, T_n) mit dem Ausgang der ersten Stromquellenschaltung (Tr,, 71b, Tu) verbunden sind, und daß die ersten Eingangsanschlußpunkte (5,45) aller zweiten Strom- wi Spiegelanordnungen je für sich über Schalteinheiten (Tm, T51) mit dem Ausgang der zweiten Stromquellenschaltung (Ti«, Tw, Tiq) verbunden sind (F i g. 8).
9. Spannungs-Strom-Umsetzer nach Anspruch 4 oder 5, bei dem die erste und die zweite h> Stromspiegelanordnung ein erstes Paar bilden, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungs-Strom-Umsetzer mindestens ein zweites Paar (TJi, Ta₂, Tm, 745, 74b, 747) von Stromspiegelanordnungen enthalt, das ebenfalls durch eine erste und eine zweite Stromspiegelanordnung gebildet wird, die den gleichen Aufbau wie die Stromspiegelanordnungen des ersten Paares (Tu T₂, T₃, T₄, 7"₅, T_b) aufweisen, wobei die gemeinsamen Anschlußpunkte der ersten Stromspiegelanordnungen des ersten (Ti, T₂, T₁, Ta, T% Tb) und des zweiten (Tau Ta₂, Tas, Tas, T₄b, Tai) gleich wie die gemeinsamen Anschlußpunkte der zweiten Stromspiegelanordnungen des ersten und des zweiten Paares, miteinander verbunden sind; daß die zweiten Eingangsanschlußpunkte (43,47) der ersten und der zweiten Stromspiegelanordnung des zweiten Paares ebenfalls über eine Impedanz (R\) miteinander verbunden sind; daß die Basis-Elektrode des zweiten Transistors (Tu) der dritten Stromspiegelanordnung mit der Basis eines elften Transistors (Tau) vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie der zweite Transistor (Tu) der dritten Stromspiegelanordnung verbunden ist, wobei der Kollektor dieses elften Transistors (Tau) mit dem ersten Eingangsanschlußpunkt (41) der ersten Stromspiegelanordnung (T41, 7«, Tai) des zweiten Paares verbunden ist, wobei Schalteinheiten (T₄₈, T₄*) den Emitter des zweiten Transistors (Tj) der dritten Stromspiegelanordnung und den Emitter des elften Transistors (Tau) je für sich mit dem zweiten Eingangsanschlußpunkt der dritten Stromspiegelanordnung verbinden, und daß weiter die Basis des zweiten Transistors (T20) der vierten Stromspiegelanordnung mit der Basis eines zwölften Transistors (T420) vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie der zweite Transistor (T20) der vierten Stromspiegclanordnung verbunden ist, wobei der Kollektor dieses zwölften Transistors (T₄₂₁₁) mit dem ersten Eingangsanschlußpunkt (45) der zweiten Stromspiegelanordnung (7V,, 74b, T₄₁) des zweiten Paares verbunden ist, wobei Schalteinheitcn (Tw, T51) den Emitter des zweiten Transistors (T₂₀) der vierten Stromspiegelanordnung und den Emitter des zwölften Transistors (T₄₂₁₁) je für sich mit dem /weiten Eingangsanschlußpunkt der vierten Stromspiegelanordnung verbinden (Fig. 9 und 8).
10. Spannungs-Strom-Umsetzer nach Anspruch 6, bei dem die erste und die zweite Stromspicgclanordnung ein erstes Paar bilden, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungs-Strom-Umselzer mindestens ein zweites Paar (T,\, T₄₂, Tai, T₄-,, T₄b, 747) von Stromspiegelanordnungen enthält, das ebenfalls durch eine erste und eine zweite Stromspiegelanordnung gebildet wird, die den gleichen Aufbau wie die Stromspiegelanordnung des ersten Paares (Ti, T₂, Ti. Tu 7s, 7b) aufweisen, wobei die gemeinsamen Anschlußpunkte der ersten Stromspiegelanordnungen (Ti, T₂, Ts, T₄], T₄₂, Tas) des ersten und des /weiten Paares, gleich wie die gemeinsamen Anschlußpunkte der zweiten Stromspiegelanordnungen (T₄, Tr₁, T_b, Ta=,, T_4b, Γ47) des ersten und des zweiten Paares, miteinander verbunden sind; daß die zweiten Eingangsanschlußpunkte (43, 47) der ersten und der zweiten Stromspiegelanordnung des zweiten Paares (T41, T₄₂, T₄₁, Γ45, T_4b, Tat), ebenfalls über eine Impedanz (R₁), miteinander verbunden sind; daß die Basis des neunten Transistors (T₁₇) mit der Basis eines dreizehnten Transistors (T₄u) vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie der neunte Transistor verbunden ist, wobei der Kollektor des dreizehnten Transistors (Tau) mit dem ersten Eineanesansehluß-

punkt (41) der ersten Stromspicgelanordnung des zweiten Paares verbunden ist, wobei Schalteinhcitcn (T₄8. T₄₉) den Emitter des neunten Transistors (Ti₇) und den Emitter des dreizehnten Transistors (Ταμ) je für sich mit der Basis des siebenten Transistors (T,) verbinden, und daß weiter die Basis des zehnten Transistors (T20) mit der Basis eines vierzehnten Transistors (T₄₂₀) vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie der zehnte Transistor (T₂o) verbunden ist, wobei der Kollektor des vierzehnten Transistors (T₄₂₀) mit dem ersten Eingangsanschlußpunkt (45) der zweiten Stromspiegelanordnung des zweiten Paares verbunden ist, wobei Schalteinheiten (T50, T51) den Emitter des zehnten Transistors (T₂₀) und den Emitter des vierzehnten Transistors (T₄₂o) je für sich mit der Basis des achten Transistors (T15) verbinden (F i g. 6, 8 und 9).