DE2524439C3 - Spannungs-Strom-Umsetzer - Google Patents

Spannungs-Strom-Umsetzer

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DE2524439C3
DE2524439C3 DE2524439A DE2524439A DE2524439C3 DE 2524439 C3 DE2524439 C3 DE 2524439C3 DE 2524439 A DE2524439 A DE 2524439A DE 2524439 A DE2524439 A DE 2524439A DE 2524439 C3 DE2524439 C3 DE 2524439C3
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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 Erfindung ist dazu 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 und einem gemeinsamen Anschlußpunkt gebildet wird, wenigstens die Kollektor-Emitter-Strecke eines ersten Transistoren 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, wenigstens die Reihenschaltung der Kollektor-Emitter-Sirecke eines zweiien Transistors und eines Halbleiteriübergangs angeordnet ist wobei der Halbleiterübergang den Basis-Emitter-Obergang des ersten Transistors überbrückt wobei die Basis des ersten Transistors mit einem zweiten EingangsanschluDpunkt 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 zweiter Eingangstransistor, deren Emitter mit
to den gemeinsamen Anschlußpunkten der ersten bzw. zweiten Stromspiegelanordnung verbunden sind, wobei der Gegentaktspannungseingang durch die Basis-Elektroden der beiden Eingangstransistoren gebildet wird, während der Gegentaktstromausgang durch die Aus-
<-, gangsanschlußpunkte der beiden Stromspiegelanordnungen gebildet wird.
Wenn die Basisströme der verschiedenen Transite, fen vernachlässigt W?rd?n; flirßi Apt .Sionalstrnm hei dem Umsetzer nach der Erfindung zwischen den
in Ausgangsanschlußpunkten der ersten und der zweiten Stromspiegelanordnung über einen Signalweg, der die Reihenschaltung der Kollektor-Emitter-Strecken der zweiten Transistoren der ersten und der zweiten S'Mjmspiegelanordnung und der Impedanz enthält.
>-, Daraus geht ein Vorteil des Spannungs-Strom-Umsetzers nach der Frfindung hervor. Andere Elemente der i>ehaltk· ^g als die in dem genannten Signalweg angeordneten Elemente führen ja keine Signalströme. Bei dem Spannungs-Strom-Umsetzer nach der Erfindung ist die Anwendung von Feldeffekttransistoren u. dgl. keineswegs ausgeschlossen. So können für die Eingangstransistoren in gewissen Fällen vorteilhafterweise Feldeffekttransistoren Anwendung finden. Für »Basis«, »Emitter« und »Kollektor« soll dann »Gate-
r, Elektrode«, »Source-Elektrode« bzw. »Drain-Elektrode« gelesen werden.
In bezug auf die Ansteuerung des Spannungs-Strom-Umsetzers nach der Erfindung mit den Eingangstransistoren gibt es viele Möglichkeiten. Eine erste bevorzug- te Ausführungsform ist in bezug auf die Eingangstransistoren dadurch gekennzeichnet daß der erste und der zweite Eingangstransistor von einem dem der Transistoren der Stromspiegelanordnungen entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp sind und gegensinnig in Reihe mit diesen Transistoren geschaltet sind.
Eine zweite bevorzugte Ausführungsform ist in bezug auf die Eingangstransistoren dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektoren des ersten und des zweiten Eingangstransistors mit den zweiten Eingangsanschluß punkten der ersten bzw. der zweiten StromspiP7elan- ordnung verbunden sind, und daß der erste und der zweite Eingangstransistor von einem dem der Transistoren der Stromspiegelanordnungen gleichen Leitfähigkeitstyp sind und in den Emitterleitungen des ersten und des zweiten Eingangstransistors eine dritte bzw. eine vierte Stromquellenschaltung angeordnet sind.
Diese Ausführungsform weist den Vorteil auf, daß die Basis-Kollektor-Spannung der Eingangstransistoren niedrig, und zwar gleich der Basis-Emitter-Spannung der ersten Transistoren der ersten und der zweiten Stromspiegelanordnung ist wodurch als Eingangstransistoren Transistoren mit einem hohen Stromverstärkungsfaktor angewendet werden können.
Der Spannungs-Strom-Umsetzer nach der Erfindung
kann z.B. als Eingangsschaltung für Meßverstärker verwendet werden. Dabei ist es wünschenswert daß der Umsetzungsfaktor dem Eingangssignalpegel angepaßt werden kann. Dies kann dadurch erfolgen, daß der
Umsetzungsfaktor 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-Umsetzer mindestens ein zweites Paar von Stromspiegelanordnung^s. enthält, das ebenfalls eine erste und eine zweite Stroms[/iegelanordnung umfaßt, die den gleichen Aufbau wie die Stromspiegelanordnungen des ersten Paares aufweisen, wobei die gemeinsame 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 jiromspiegelanordnung des zweiten Paares gleichfalls mit Ausgangen von Stromquellenschaltungen verbunden sind.
Dabei ist es möglich, die verschiedenen Stromquellen schallbar 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 -'orgenannten 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 zuhalten.
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 Stromspiegelanordnung enthalten, die aus Transistoren 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 und einem gemeinsamen Anschlußpunkt gebildet wird, mindestens die KoHektor-Emitter-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-
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 mi! 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 Stromspiegelanurdnung verbunden ist, und daß eine dritte und eine vierte Stromquellenschaltung vorgesehen sind, die mit dem gemeinsamen Anschlußpunkt der ersten bzw. der 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 Kollektor-Emitter-Strecken eines fünften und eines sechsten 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 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 zwi-
sehen 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 vorhergehenden 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 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 Anschlußpunkte der ersten und der zweiten Stromspiegelanordnung des zweiten Paares ebenfalls über eine Impedanz miteinander verbunden sind; daß die Basis des zweiten Transistors der dritten Stromspiegelanordnung 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 Paa.es 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 Transistors mit dem ersten Eingangsanschlußpunkt der zweiten Stromspiegelanordnung des zweiten Paares verbunden ist, wobei Schalteinheiten den Emitter des zweiten Transistors der vierten Strornspiegelancrdnung 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 Bipolartransistoren 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 Stromquellenschaltung 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 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 de; 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 zweite Eingangstransistor vom gleichen Leitfähigkeitstyp 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 und die gemeinsamen Anschlußpunkte der ersten und der zweiten Stromspiegelanordnung mit einer sechsten bzw. einer siebenten Stromquellenschaltung verbunden sind.
Um einen umschaltbaren Umsetzungsfaktor zu 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 Stromspiegelanordnungen enthält, das ebenfalls durch eine erste und eine zweite Stromspiegelanordnung gebildet wird, die den gleichen Aufbau wie die Stromspiegelanordnungen des ersten Paares aufweisen, wobei die gemeinsamen Anschlußpunkte der ersten Stromspiegelanordnungen des ersten und de* zweiten Paares, gleich wie die gemeinsamen Aoschlußpunkte 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; 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 ίο Schalteinheiten den Emitter des neunten Transistors und den Emitter des dreizehnten Transistors j<! 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 i) 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 Schälteinheiten den F.mitter des 7ehnten jo 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. I eine bekannte Stromspiegelanordnung,
Fig. 2 eine erste Ausführungsform eines Umsetzers nach der Erfindung,
Fig. 3 den Aufbau eines vertikalen Substrat-pnpjo Transistors neben einem vertikalen npn-Transiütor.
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,
j-, F i g. 6 eine Schaltung, die einen Teil der Schaltung nach F i g. 5 ersetzen kann.
Fig. 7 ein Anwendungsbeispiel eines Spannungs-Strom-Umsetzers nach der Erfindung.
F i g. 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 F i 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 T\ angeordnet. Der Emitter dieses Transistors 71 ist mit dem gemeinsamen ■50 Anschlußpunkt 4 verbunden. In der zwischen einem Ausgangsanschlußpunkt 2 und dem gemeinsamen Anschlußpunkt 4 gebildeten Strombahn ist die Reihenschaltung der Kollektor-Emitter-Strecke eines zweiten Transistors T2 und eines Halbleiterübergangs, im dargestellten Beispiel eines als Diode geschalteten Transistors Ts, angeordnet. Der Halbleiteriibergang überbrückt dabei den Basis-Emitter-Übergang des Transistors Tu so daß auf diese Weise ein Stromspiegel erhalten ist Der Kollektor des Transistors T2 ist mit dem Ausgangsanschlußpunkt 2 verbunden, während die Basis mit dem Kollektor des Transistors Γι verbunden ist. Ein zweiter Eingangsanschlußpunkt 3 ist mit der Basis des Transistors Γι verbunden. Die Transistoren Γι, T2 und Tz sind vom gleichen Leitfähigkeitstyp, im dargestellten Beispiel vom npn-Leitfähigkeitstyp.
Wenn angenommen wird, daß der Transistor Ti eine gleiche Basis-Emitter-Oberfläche wie der Transistor Γι aufweist, ist der die Kollektor-Emitter-Strecke des
Transistors Tj durchfließende Strom gleich dem die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors Tj durchfließenden S;rom. Dieser Strom ist dabei gleich dem Strom A, der dem Eingangsanschlußpunkt I zugeführt wird. Wird dem Eingangsanschlußpunkt 3 ein Strom /j zugeführt, so gilt, daß der den Ausgangsanschlußpunkt 2 durchfließende Strom gleich l\ — h ist. Der den gemeinsamen Anschiußpunkt 4 durchfließende Strom k ist gleich 2 l\.
Die an Hand der Fig. 1 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 ;twei Stromspiegelanordnungen entsprechend Fig. 1. Die erste Stromspiegelanordnung ist mit den gleichen Bezugsbuchstaben und -ziffern wie in F i g. I versehen. Die zweite Stromspiegelanordnung weist auf entsprechende Weise einen ersten Eingangsanschlußpunkt 5, einen zwei'.eii Eingangsanschlußpunkt 7, einen AusgangsanscMußpunkt 6, einen gemeinsamen Anschlußpunkt 8, einen ersten Transistor Ti, einen zweiten Transistor T5 und einen als Diode geschalteten Transistor T6 auf. Zwischen den Eingangsanschlußpunklen 3 und 7 ist ein Widerstand R angeordnet. Die Eingangsanschlußpiinkte 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 Gegentaklstromausgang des Spannungs-Strom-Umsetzers. Die gemeinsamen Anüchlußpunkte 4 und 8 sind mit den Emittern der Eingangstransistoren Ti bzw. Te verbunden. Die Basis-Elektroden dieser Eingangstransistoren Ti und Tg 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 /ι ist und daß von der Stromquelle 14 ein Strom gleich /5 dem Eingangsanschlußpunkt 5 zugeführt wird, dann ist der Strom /*, der den Eingangsanschlußpunkt 4 und somit die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors Ti durchfließt, gleich 2 /|, vorausgesetzt, daß die Transistoren T\ und Tj identisch sind, und ist der den gemeinsamen Anschlußpunkt 8 und somit die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors T8 durchfließende Strom k gleich 2 /5, vorausgesetzt, daß die Transistoren Ti und Tt identisch sind. Durch den ah Diode geschalteten Transistor Tj fließt ein Strom gleich /1 und ebenfalls fließt ein Strom gleich /5 durch den als Diode geschalteten Transistor T&. Wenn die von den Stromquellen 13 und 14 gelieferten Ströme /| und /5 konstant sind, sind die Basis-Emitter-Spannungen der Transistoren Γι, T3, T4, T6, T1 und T8 konstant. Die Spannung über dem Widerstand R ist dann gleich der Eingangsdifferenzspannung V, die zwischen den Anschlußpunkten 9 und 10 vorhanden ist, abzüglich des Unterschiedes zwischen der Summe der Basie-Emitter-Spannungen der Transistoren T}und Tj und der Summe der Basis-Emitter-Spannungen der Transistoren Ti und Tg, also bis auf eine konstante Spannung gleich V. Wenn die Ströme /1 und /5 einander gleich sind, die Transistoren Ti und Tg einander gleich sind, die Transistoren Ti und Ti einander gleich sind und die Stromspiegelanordnungen miteinander identisch sind, gilt, daß die Spannung über dem Widerstand R gleich der Eingangsdifferenzspannung V ist Der Strom Ir, der den Widerstand Rdurchfließt, ist dabei gleich VlR.
Der Strom /2, der den Ausgangsanschlußpunkt 2 durchfließt, ist gleich /1 + Ir, während der den Ausgangsanschlußpunkt 6 durchfließende Strom k gleich /5—/«und somit gleich/i — /r ist. Auf diese Weise ist ein Gegentaktausgangsstrom 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 Ti, den Widerstand R und die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors Ts zu dem Ausgangsanschlußpunkt 6 fließt und dabei nicht die Eingangstransistoren Ti und Tj durchfließt. Der Basissignalstrom der Transistoren T2
1'. und Ti durchfließt wohl die Eingangstransistoren Ti und T8.
Es sei bemerkt, daß die Transistoren Ti 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.
>·*> F i g. 3 zeigt zur Verdeutlichung den Schnitt durch einen möglichen Aufbau eines vertikalen Substrat-pnp-Transistors neben einem vertikalen npn-Transistor. Auf dem p-leitenden Substrat 20 ist eine n-leitende epitaktische Schicht angebracht, die durch eine
jo p + -Trenndiffusion 26 in zwei Gebiete 21 und 22 unterteilt ist. Durch Diffusion von p-leitendem Material an die Gebiete 21 und 22 sind zwei p-leitende Inseln 23 bzw. 24 gebildet. In der p-leitenden Insel 23 ist ein η-leitendes Gebiet 25 gebildet. Der Emitter, die Basis
π und der Kollektor des vertikalen Substrat-pnp-Transistors werden durch die p-leitende Insel 24, die n-leitende epitaktische Schicht 22 bzw. das Substrat 20 gebildet, wobei ein Kollektoranschluß an dem Trenndiffusionsgebiet 26 hergestellt werden kann. Der Emitter, die Basis und der Kollektor de3 vertikalen npn-Transistors werden durch das n-leitende Gebiet 25, das p-leitende Gebiet 23 bzw. die n-leitende epitaktische Schicht 21 gebildet.
Wenn es wünschenswert ist, die Transistor ·η Ti und T8 durch npn-Transistoren zu ersetzen, wird ein Spannungs-Strom-Umsetzer nach der zweiten Ausführungsform erhalten. Diese zweite Ausführungsform ist in F i g. 4 dargestellt. Dieser Umsetzer entspricht dem Umsetzer nach F i g. 2, mit Ausnahme der Transistoren
v) Ti und Ts, die durch die npn-Transistoren T9 bzw. Tio und zwei hinzugefügte Stromquellen 15 und 16 ersetzt sind. Die Stromquelle 15, die einen Strom /<- führt, verbindet den gemeinsamen Anschlußpunkt 4 mit dem Punkt 12 konstanten negativen Potentials, während die Stromquelle 16, die einen Strom /)0 führt, den gemeinsamen Anschlußpunkt 8 mit dem Punkt 12 verbindet. Die Eingangsanschlußpunkte 9 und 10 sind mit den Basis-Elektroden der Transistoren T^ bzw. Γιο verbunden. Die Emitter der Transistoren Tg und Γ,ο sind mit
ω den gemeinsamen Anschlußpunkten 4 bzw. 8 verbunden, während die Kollektoren mit den Basis-Elektroden der Transistoren Γι bzw. Tt, verbunden sind.
Wie bei dem Umsetzer nach F i g. 2 ist unter der Bedingung, daß die Transistoren T\ und Tj, gleich wie
b5 die Transistoren Ti und T5, miteinander identisch sind, der Strom U gleich 2 /1 und der Strom k gleich 2 /5. Der die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors Tq durchfließende Strom ist dann gleich /9—2 Λ und der die
Koilektor-Emitter-Strecke des Transistors Γιο durchfließende Strom ist gleich /io—2 /5. Wenn wieder der Strom /ι gleich dem Strom /5, der Strom /9 gleich dem Strom I\o, der Transistor Tg mit dem Transistor Ti0 identisch ist und die beiden Stron<quel)en miteinander identisch sind, gilt, daß der Strom /« gleich VIR ist Für /9 = 3 /, und somit /10 = 3 Λ sind die Gegentaktausgangsströme /2 und k gleich 2 /1 + /«bzw. 2 1\—Ir.
Außer der Tatsache, daß der Umsetzer nach F i g. 2 bis auf die Transistoren T1, 7g lediglich npn-Transistoren enthält, weist der Umsetzer noch den Vorteil auf, daß die Kollektor-Emitter-Spannungen der Eingangstransistoren Tg und Tio niedrig sind, weil diese gleich der Basis-Emitter-Spannung der Transistoren T6 bzw. T3 sind, wodurch für die Eingangstransistoren Transistoren mit einen hohen Stromverstärkungsfaktor verwendet werden können, weil ein hoher Stromverstärkungsfaktor mit einer niedrigen Kollektor-Emitter-Durchschlagspannung einhergeht
Da die Kollektor-Emitter-Ströme der Transistoren Tq und Tio 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 Tg und Tio mit je einem Stromspiegel an die ersten Eingangskreise der ersten und zweiten Stromspiegelanordnungen angeschlossen sind. Wenn dabei überdies die Stromquellen 15 und 16 niteinander 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 F i g. 4 analog. 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 Γιο sind mit den Kollektoren der Transistoren 7Is und Ti8 verbunden, die beide vom pnp-Leitfähigkeitstyp sind. Die Emitter der Transistoren Γ15 und Γ« sowie die Emitter zweier als Diode geschalteter pnp-Transistoren Ti« und Γ19 sind mit dem positiven Speisungsanschlußpunkt II verbunden. Die Basis-Elektroden der Transistoren Tis, Γ16, Tu 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 Ti8 bildet den Eingangskreis der vierten Stromspiegelanordnung. Die Ausgangskreise der dritten und der vierten Stromspiegelanordnung werden durch die Kollektor-Emitter-Strecken der pnp-Transistoren Ti; bzw. Tk gebildet, deren Basis-Elektroden mit den Kollektoren der Transistoren Ti5 bzw. Γ» und deren Emitter mit den Kollektoren der Transistoren Ti6 bzw. Ti9 verbunden sind. Die Kollektoren der Transistoren T\i und Γ» sind mit den Eingangsanschlußpunkten 1 bzw. 5 verbunden. Die gemeinsamen Anschlußpunkte 4 und 8 sind mit den Kollektoren der Transistoren Tn bzw. Tn verbunden, deren Emitter mit den Kollektoren der Transistoren Tu bzw. T\t verbunden sind. Die Emitter der Transistoren Tu und Tm sind mit dem negativen Speisungsanschlußpunkt 12 verbunden. Die Basis-Elektroden der Transistoren Ti3 und Tm sind mit einem Anschlußpunkt 18 und die Basis-Elektroden der Transistoren Tm und Ti2 mit einem Anschlußpunkt 17 verbunden. Die Emitter der Transistoren Tn und T^ 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 I\\, der die KoJJektor-Emitter-Strecke des Transistors Tg durchfließt, gleich dem Strom /ι, während der Strom /)2, der die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors T« durchfließt, gleich dem Strom I5 ist Wie bei den Umsetzern nach F i g. 2 und 4 ist der Strom Z) gleich 2 /1 und der Strom /8 gleich 2 /5. Der Strom /9, der den Kollektorkreis des Transistors Ti 1 durchfließt, ist also gleich 3/1, während der den Kollektorkreis des Transistors 7I2 durchfließende Strom /io gleich 3 /5 ist Wenn die Ströme /9 und /10 konstant und einander gleich sind, gilt wieder, daß die Basis-Emitter-Spannungen der Transistoren Tu T3. 7* 7s, Tn und T]2 konstant und außerdem einander gleich sind, vorausgesetzt, daß die Basis-Emitter-Oberflächen dieser Transi- stören 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- Emitter-Spannungen der Transistoren Tu und Tm 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 Summe des Kollektorstromes des Transistors Tn bzw. Tt4 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-
js meters 19 lassen sich also die Ströme h 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 Ti2 temperaturabhängig sind, werden sich bei einer konstanten Spannung am Anschlußpunkt 17 die Spannungen zwischen den Emittern der Transistoren Tu 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 lemperaturunabhängigen Komponente und einer Komponente aufgebaut wird, die sich auf gleiche Weise wie die Basis-Emitter-Spannungen der Transistoren Tu und Tn mit der Temperatur ändert
In bezug auf die Verstärkung von Gleichtaktsignalen kann die Schaltung nach F i g. 5 verbessert werden. Zu diesem Zweck wird bei der Schaltung nach F i g. 5 der von gestrichelten Linien umrahmte Teil durch die Teilschaltung nach F i g. 6 ersetzt Dies entspricht dem Ersatz der Dioden Ti6 und Ti9 durch eine einzige Stromquelle 32. Die Gleichtaktströme, die die Kollektor-Emitter*Strecken der Transistoren Ti5 und Ti8 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
Summe der Ströme I1 und k führen.
Fig.7 zeigt ein Anwendungsbeispiel eines Spannungs-Strom-Umsetzers nach der Erfindung. Die Schaltung enthält die schematisch dargestellten Span-
nungs-Strom-Umsetzer I und Il mit je den Gegentaktspannungsejngangsanscblußpunkten 9 und 10 und den Gegentaktstromausgangsanschlußpunkten 2 und 6, Der Ausgangsanschlußpunkt 2 des Spannungs-Strom-Umsetzers I und der Ausgangsanschlußpunkt 6 des Spannungs-Strom-Umsetzers II sind mit einem ersten Eingangsanschlußpunkt 27 einer Subtraktionsschaltung III verbunden, deren Ausgangsstrom gleich dem Unterschied zwischen den Eingangsströmen ist Ein zweiter Eingangsanschlußpunkt 28 der Subtraktionschaltung III ist mit dem Ausgangsanschlußpunkt 6 des Spannungs-Strom-Umsetzers I und dem Ausgangsanschlußpunkt 2 des Spannungs-Strom-Umsctzers II verbunden. Der Ausgangsanschlußpunkt 29 der Subtraktionsschaltung III ist über einen Verstärker IV mit i=> dem Eingangsanschlußpunkt 9 des Spannungs-Strom-Umsetzers II verbunden.
Wie in Fig.7 dargestellt ist, wird eine Spannung Vm dem Eingangsanschlußpunkt 9 des Spannungs-Strom-Umsetzers I zugeführt Den Eingangsanschlußpunkten 10 der beiden Spannungs-Strom-Umsetzer wird eine Referenzspannung VnT zugeführt Die Spannung am EingangsanschluUpunkt 9 des Spannungs-Strom-Umsetzers II ist Vuit- Der Ausgangsstrom am Ausgangsanschlußpunkt 2 des Spannungs-Strom-Umsetzers I ist ü, wodurch der Ausgangsstrom am Ausgangsanschlußpunkt 6 des Spannungs-Strom-Umsetzers I gleich - /Ί ist An den Ausgangsanschlußpunkten 2 und 6 des Spannungs-Strom-Umsetzers H fließen die Ströme h bzw. —h- Der Ausgangsstrom der Subtraktionsschaltung III ist dann dem Unterschied zwischen den Strömen ü und h proportional. Dieser Differenzstrom wü'd Ober den Verstärker IV auf den Eingangsanschlußpunkt 9 des Spannungs-Strom-Umsetzers II rückgekoppelt Infolge dieser Rückkopplung wird der Strom i2 v> gleich dem Strom i\ sein. Wenn der Widerstand des Spaunungs-Strom-Umsetzers I gleich R\ und der Widerstand des Spannungs-Strom-Umsetzers II gleich R2 ist gilt:
Vmi,- Vrtf = -JT
Auf diese Weise ist ein Verstärker erhalten, dessen Verstärkungsfaktor durch das Verhältnis der beiden Widerstände R2 und Ri 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 F i g. 8 sind mit den gleichen Bezugszeichen wie die entsprechenden Teile der Schaltungen nach den anderen Figuren versehen. Zwischen dem Eingangsanschlußpunkt 1 der Stromspiegelanordnung T1, T2, T3 und dem Ausgang des Stromspiegels 71s, 7I6, Tu ist ein Schalter angeordnet der durch einen pnp-Transislor Ti8 mit Steuerelektrode Sl gebildet wird. Ebenso ist zwischen dem Eingangsanschlußpunkt 5 der Stromspiegelanordnung Ta, Ts, T6 und dem Ausgangsanschlußpunkt der Stromspiegelanordnung Tib, Ti* 7» ein Schalter angeordnet» der durch einen pnp'-Transistor 7si mit Steuerelektrode 62 gebildet wird Dem Spannungs-Strom-Umsetzer ist ein zweites Paar von Stromspiegel· anordnungen Tj1, 7«, 7« bzw, Tm, 7«, T^ zugeordnet, wobei die gemeinsamen Anschlußpunkte dieser Stromspiegelanordnungen mit den gemeinsamen Anschlußpunkten der Stromspiegelanordnungen 71, T2, T3 bzw. T^Ts1T6 verbunden sind. Die Ausgangsanschlußpunkte sind mit den Gegentaktausgangsanschlußpunkten 2 bzw. 6 und die zweiten Eingangsanschlußpunkte 43 bzw. 47 sind miteinander über einen Widerstand Ä, verbunden. Der erste Eingangsanschlußpunkt 41 der Stromspiegelanordnung 77h, Tn, 7« ist über einen durch einen pnp-Transistor T49 mit Steuerelektrode 52 gebildeten Schalter mit dem Ausgang der Stromspiegelanordnung T1S, 7I6, Tj7 verbunden, während ebenso der erste Eingangsanschlußpunkt 45 der Stromspiegelanordnung 7«, T&, Th über einen durch einen pnp-Transistor Tsa mit Steuerelektrode 61 gebildeten Schalter mit dem Ausgang der Stromspiegelanordnung 7I8, T19, T20 verbunden ist Für die Eingangstransistoren T9 und Γιο sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel Feldeffekttransistoren gewählt
Oberschreitet 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 werden sich die Transistoren Ti8 und 7si im leitenden Zustand und die Transistoren Ti9 und 7» im nichtleitenden Zustand befinden. Umgekehrt können mittels der Sieuerspannungen an den Steuerelektroden 51, 52, 61 und 62 die Transistoren Ti9 und Tm in den leitenden Zustand gebracht werden, während die Transistoren Ti8 und 7*5i in den nichtleitenden Zustand gebracht werden. Im ersten Falle werden die Stromspiegelanordnungen 71, Tt, Ti und Ti, 75, 7i erregt sein, während im zweiten Falle die Stromspiegelanordnungen Tit, Ti2, 7« und Ti5, Ti6, 7Ϊ7 erregt sein werden, wodurch der Spannungs-Strom-Umsetzungsfaktor im ersten Falle durch den Widerstand R und im zweiten Falle durch den Widerstand Rt bestimmt wird.
Wie bereits erwähnt wurde, fließen die Signalströme, abgesehen von Basisströmen, lediglich durch die Hauptstrombahnen der Transistoren T2, Tn, 7« und T5 und durch die Widerstände R und R\. Die Schalttransistoren Ti», 749, Γ50 und 7*ji 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 Schaltungen 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 Ti5, Tie, Ti? und Tig, Ts9, T2O. Die Schalttransistoren T48 und Γ51, die nun vom npn-Typ sind, sind zwischen den Emittern der Transistoren Tu bzw. T2O und den Kollektoren der Transistoren 7*i6 bzw.
T19 angeordnet Die Kollektoren der Transistoren 7Ί/ und 7» sind mit den EingangsanschluBpunkten 1 bzw, 5 der Stromspiegelanordnungen T\, Tt, Ts bzw. 7* 7s, T6 verbunden. Die Basis-Elektroden der Transistoren 7i7 und T» sind mit den Basis-Elektroden von Transistoren 7*i7 bzw. 7420, die beide vom pnp-Typ sind, verbunden. Die Kollektoren der Transistoren 7^7 und Tw sind mit den Eingangsanschlußpunkten 41 bzw. 45 der Stromspiegelanordnungen T41, T42, T43 bzw. T45, T46, T47 verbunden. Die Emitter der Transistoren 7}i7 und 7«o sind über die Hauptstrombahnen von npn-Schalttransistoren 7« bzw. Tso mit den Kollektoren der Transistoren Ti6 bzw. Τ« verbunden.
Wenn die Transistoren 7J8 und T51 im leitenden Zustand und die Transistoren 7^9 und T50 im nichtleitenden Zustand befindlich sind, bilden die Transistoren Tm,
T16 und Ti; bzw. die Transistoren Tm, T\* und T30 Stromspiegelanordnungen und sind die Stromspiegelanordnungen 71, Tj, T3 bzw, T4, Ts, Te erregt Wenn dagegen die Transistoren T^ und T50 leitend und die Transistoren 7« und 7si nichtleitend sind, bilden die Transistoren T15, Tie und 7^ bzw. die Transistoren TJe, Tie und 7«o Stromspiegelanordnungen und sind die Stromspiegelanordnungen T^, 7«, 7« bzw, 7^s, T$, T^ 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 F i g. 5 und 6, angewendet werden.
Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche;
1. Spannungs-Strom-Umsetzer mit einem Gegentaktspannungseingang und einem Gegentaktstrom- ausgang, 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 Eingangsanschluß- punkt (1,5) und einem gemeinsamen Anschlußpunkt (4,8) gebildet wird, wenigstens die Kollektor-Emitter-Strecke eines ersten Transistors (Ti, X») angeordnet ist, wobei der Emitter dieses ersten Transistors (Tu Tt) mit dem gemeinsamen Anschlußpunkt (4,8) s 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-Gtrecke eines zweiten Transistors (Tz, 7s) und eines Halbleiterübergangs (T3, 7s) angeordnet ist, wobei der Halbleiterübergang (T3, Tb) den Basis-Emitter-Übergang des ersten Transistors (Tu Ti) überbrückt, wobei die Basis dieses ersten Transistors (Tu 7i) mit einem zweiten Eingangsan-Schlußpunkt (3, 7) verbunden ist, während weiter vorgesehen sind: eine erste (13) und eine zweite (14) Stromquellenschaltung, 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 Stromspiegelanorunung angebracht ist, und ein erster (Ti) und ein zweiter (Ts) Eingangstransistor, deren Emitter mit den gemeinsamen Anschluß- punkten (4, 8) der ersten bzw. der zweiten Stromspiegelanordnung verbunden sind, wobei der Gegentaktspannungseingang (9, 10) durch die Basis-Elektroden der beiden Eingangstransistoren (T7, T8) 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 (Τη) und der v> zweite (Ts) Eingangstransistor von einem dem der Transistoren (Tu Ti, 7}, Ts) der Stromspiegelanordnungen entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp und gegensinnig in Reihe mit diesen Transistoren geschaltet sind (F i g. 2). v\
3. Spannungs-Strom-Umsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektoren des ersten (Tj) und des zweiten (Tw) Eingangstransistors mit den zweiten Eingangsanschlußpunkten (3) der ersten bzw. zweiten Stromspiegelanordnung verbunden sind; daß der erste (Tj) und der zweite (Ti0) Eingangstransistor von einem dem der Transistoren (Tu T2, 7}, Ts) der Stromspiegelanordnungen gleichen Leitfähigkeitstyp sind, und daß in den Emitterleitungen des ersten (T9) und des zweiten bo (Ti0) Eingangstransistoren eine dritte (IS) bzw. eine vierte (16) Stromquellenschaltung angeordnet sind (F ig. 4).
4. Spannungs-Strom-Umsetzer nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die erste (Ti5, Ti6, Tu) 6·> und die zweite (T\g, 7k T20) Stromquellenschaltung eine dritte bzw. eine vierte Stromspiegclanordnung enthalten, die aus Transistoren ß)s, Tu, Γ,β, 7jo) 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 (ti) gebildet wird, wenigstens die Kollektor-Emitter-Strecke eines ersten Transistors (7)5, T\s) angeordnet ist, wobei der Eimtter dieses ersten Transistors ^T15, 7I8) mit dem gemeinsamen Anschlußpunkt (11) verbunden ist, während in einer zweiten Strombahn, die zwischen einem Ausgangsanschlußpunkt (1, S) und dem gemeinsamen Anschlußpunkt (U) gebildet wird, wenigstens die Reihenschaltung der Kollektor-Emitter-Strecke eines zweiten Transistors (T17, 7Jo) und eines Halbleiterübergangs (T]6, 7ίβ) angeordnet ist, wobei der Kollektor dieses zweiten Transistors (Tn, 7») mit dem Ausgangsanschlußpunkt (1, 5) verbunden ist, wobei der Halbleiterübergang (Tu* T^) den Basis-Emitter-Übergang des ersten Transistors (Ti5, 7ig) überbrückt, wobei die Basis des ersten Transistors (T15, Tw) mit einem zweiten Eingangsanschlußpunkt verbunden ist, wobei der erste Eingangsanschlußpunkt (40, 50) der dritten und der vierten Stromspiegelanordnung mit dem Kotlektor des ersten (Ts)bzw. des zweiten ^T10) Eingangstransistors verbunden ist, die den gleichen Leitfähigkeitstyp wie die Transistoren der ersten und der zweiten Stromspiegelanordnung aufweisen; daß der Ausgangsanschtußpunkt (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 dritte (T\u Tn) und eine vierte (Tn, Γη) Stromquellenschaltung vorgesehen sind, die mit dem gemeinsamen Anschlußpunkt (4, 8) der ersten bzw. der zweiten Stromspiegelanordnung verbunden sind (F ig. 5).
5. Spannungs-Strom-Umsetzer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Eingangsanschlußpunkte der dritten und der vierten Stromspiegelanordnung miteinander verbunden sind; daß die dritte Stromquellenschaltung (T\u Tn) die Reihenschaltung der Kollektor-Emitter-Strecken eines dritten (Tu) und eines vierten (Tn) Transistors enthält; daß die vierte Stromquellenschaltung (Tu, Tm) die Reihenschaltung der Kollektor-Emitter-Strecken eines fünften (Tu) und eines sechsten (T12) Transistors enthält, wobei die Emitter des dritten (T13) und des fünften (Tu) 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 (T,,) bzw. des sechsten (Tn) Transistors verbunden sind, wobei die Basis Elektroden des vierten (T11) und des sechsten (Tn) Transistors mit einem dritten Punkt (17) fester Spannung und die Kollektoren mit den gemeinsamen Anschlußpunkten (4,8) der ersten bzw. der zweiten Stromspiegelanordnung verbunden sind, und daß zwischen den Emittern des vierten (Tn) und des sechsten (Tn) Transistors ein Potentiometer (19) angeordnet ist, dessen Abgriff mit einem vierten Punkt fester Spannung verbunden ist (F ig. 5).
6. Spannungs-Strom-Umsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste (13) und die zweite (14) Stromquellenschaltung dadurch gebildet
werden, daß eine fünfte Stromquellenschaltung (32) mit den Basis-Elektroden eines siebenten (T)5) und eines achten (Tw) Transistors verbunden ist, die einen dem der Transistoren (T), Ti, Ta, 7$) der ersten und der zweiten Stromspiegelanordnung entgegen- s gesetzten Leitfähigkeitstyp aufweisen, wobei die Emitter des siebenten (Ti5) und des achten (Tw) Transistors miteinander und die Kollektoren mit den Basis-Elektroden eines neunten (T\j) bzw, eines zehnten (Τχ>) Transistors verbunden sind, die den ι ο gleichen Leitfähigkeitstyp wie der siebente (T15) und -der achte (Tie) Transistor aufweisen und deren Emitter mit den Basis-Elektroden des siebenten (T]5) und des achten (T\a) Transistors und deren Kollektoren mit den ersten Eingangsanschlußpunk- ι s ten (1, 5) der ersten bzw. der zweiten Stromspiegelanordnung verbunden sind; daß der erste (Ts) und der zweite (T\ä) Eingangstransistor den gleichen Leitfähigkeitstyp wie die Transistoren der ersten und der zweiten Stromspiegelanordnung aufweisen, während die Kollektoren des ersten (Ta) und des zweiten (Tw) Eingangstransistoren mit den Kollektoren des siebenten (T\s) bzw. des achten (Tu) Transistors verbunden sind, und daß die gemeinsamen AnschluBpunkte (4, 8) der ersten und der zweiten Stromspiegelanordnung mit einer sechsten (Tu, Tu) bzw. einer siebenten (Tu, Tn) Stromquellenschaltung verbunden sind (F i g. 6 und S).
7. Spannungs-Strom-Umsetzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die erste und jo die zweite Stromspiegelanordnung ein erstes Paar bilden, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungo-Strom-Umsetzer mindestens ein zweites Paar (Tau Tu, 7*5, 746, 747) von Stromspiegelanordnungen enthält, das ebenfalls durch eine erste und eine r> zweite Stromspiegelanordnung gebildet wird, die den gleichen Aufbau wie die Stromspiegelanordnungen des ersten Paares aufweisen, wobei die gemeinsamen Anschlußpunkte der ersten Stromspiegplanordnungen 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 (43, 47) der ersten und der zweiten Strornspiegelanord- 4-, nung des zweiten Paares (T4,, Ta2, Γ43, Γ45, T46. Ta7) ebenfalls über eine Impedanz (R\) miteinander verbunden sind, und daß weiter die ersten Eingangsanschlußpunkte (41,45) der ersten und der zweiten Stromspiegelanorünung des zweiten Paares (Tau Ta2, "> <> 7*1, 745, 746, 747) ebenfalls mit Ausgängen von Stromquellenschaltungen (Tt5, T16, T17, 7I8, T19, T20) verbunden sind (F i g. 8).
8. Spannungs-Strom-Umsetzer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Eingangsan- v, schlußpunkte (1,41) aller ersten Stromspiegelanordnungen je für sich über Schalteinheiten (Tau, T49) mit dem Ausgang der ersten Stromquellenschaltung (Ti5. 716. T\7) verbunden sind, und daß die ersten Eingangsanschlußpunkte (5,45) aller zweiten Strom- w) Spiegelanordnungen je fOr sich über Schalteinheiten (Tk, Γ51) mit dem Ausgang der zweiten Stromquellenschaltung (Τι», Γ19, Tm) verbunden sind (Fig. 8).
9. Spannungs-Strom-Umsetzer nach Anspruch 4 oder 5, bei dem die erste und die zweite br> Stromspiegelanordnung ein erstes Paar bilden, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungs-Strom-Umsetzer mindestens ein zweites Paar (Τ4ι, Ta2, T4J,
745, 74* Tw) von Stfomspiegelanordnungen enthält, das ebenfalls durch eine erste und eine zweite Stromspiegelanordnung gebildet wird, die den gleichen Aufbau wie die Stromspiegelanordnungen des ersten Paares (T), Ti, T3, Ta, Ta, 7ϊ) aufweisen, wobei die gemeinsamen Anschlußpunkte der ersten Stromspiegelanordnungen des ersten (T), Ti, Ti, Ta, 7*5, T6) und des zweiten (T4,, Ta2, T43, Tas, T*, Ta7) 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 (Ta) der dritten Stromspiegelanordnung mit der Basis eines elften Transistors (T4)7) vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie der zweite Transistor (Tu) der dritten Stromspiegelanordnung verbunden ist, wobei der Kollektor dieses elften Transistors Pam) mit dem ersten Eingangsanschlußpunkt (41) der ersten Stromspiegelanordnung (Tau Ta2, 7«) des zweiten Paares verbunden ist, wobei Schalteinheiten (Tas, Tie) den Emitter des zweiten Transistors (T\7) der dritten SiTomspiegelanordnung 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 (Tm) der vierten Stromspiegelanordnung mit der Basis eines zwölften Transistors (Taw) vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie der zweite Transistor (T20) der vierten Stromspiegelanordnung verbunden ist, wobei der Kollektor dieses zwölften Transistors (7«0) mit dem ersten Eingangsanschlußpunkt (45) der zweiten Stromspiegelanordnung (T45,
746, 747) des zweiten Paares verbunden ist, wobei Schalteinheiten (T5O, Γ51) den Emitter des zweiten Transistors (T20) der vierten Stromspiegelanordnung und den Emitter des zwölften Transistors (T420)Je für sich mit dem zweiten Eingangsanschlußpunkt der vierten Stromspiegelanordnung verbinden (Fig.9 und 8).
10. Spannungs-Strom-Umsetzer nach Anspruch 6, bei dem die erste und die zweite St'omspiegelanordnung ein erstes Paar bilden, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungs-Strom-Umsetzer mindestens ein zweites Paar (Ta1. Ta2, Γ«, T45, T46, 7"«) 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, 7i, Ti, Ta, Ts, Tt) aufweisen, wobei die gemeinsamen Anschlußpunkte der ersten Stromspiegelanordnungen (Tu T2, Tz, Ta\, Ta2, Γ43) des ersten und des zweiten Paares, gleich wie die gemeinsamen Anschlußpunkte der zweiten Stromspiegelanordnungen (Ta, T5, Tt, Tas, Ta6, Ta7) 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, T43, T45, T46, Ta7), ebenfalls über eine Impedanz (Ri), miteinander verbunden sind: daß die Basis des neunten Transistors (Tu) mit der Basis eines dreizehnten Transistors (T417) vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie der neunte Transistor verbunden ist, wobei der Kollektor des dreizehnten Transistors /T4I7) mit dem ersten Eingangsanschluß-
punkt (41) der ersten Stromspiegelanordnung des zweiten Paares verbunden ist. wobei Schalteinheiten (7«, 749) den Emitter des neunten Transistors ^Ti?) und den Emitter des dreizehnten Transistors (T417) je Für sich mit der Basis des siebenten Transistors (Ti 5) verbinden, und daß weiter die Basis des zehnten Transistors (T») mit der Basis eines vierzehnten Transistors (Vijo) vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie der zehnte Transistor (Tm) verbunden ist, wobei der Kollektor des vierzehnten Transistors (Ttx>) mit dem ersten Eingangsanschlußpunkt (45) der zweiten Shomspiegelanordnung des zweiten Paares verbunden ist, wobei Schalteinheiten (T50, Γ51) den Emitter des zehnten Transistors (Tk) und den Emitier des vierzehnten Transistors (T420) je für sich mit der Basis des achten Transistors (7is) verbinden (F i g. 6, 8 und 9).
DE2524439A 1974-06-14 1975-06-03 Spannungs-Strom-Umsetzer Expired DE2524439C3 (de)

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