DE2541197C2 - Widerstandsleseverstärker - Google Patents

Description

Transistoren (T₁ ... T_n) des elektronischen Wähl- 30 Spannung über nur einem Widerstand zugleich einem

schalters gegenüber den Verstärkertransistoren vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp sind.

3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände (R₁ ... R_n) in den Kollektorkreisen der Transistoren (T]', Tj ... T_n') des elektronischen Wählschalters angeordnet sind und die Emitterelektroden dieser Transistoren mit einem Eingang (4) des Ausgangsverstärkers (6) gekoppelt sind.

Ausgangsverstärker zugeführt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltung der eingangs genannten Art anzugeben, mittels der die Widerstände einfach und insbesondere energiesparend ausgewählt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Reihenschaltungen vorgesehen sind, die je aus dem einen zu bestimmenden Widerstand, einem diesem Widerstand zugeordneten elektronischen Wählschalter

4. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekenn- 40 zum Auswählen eines Widerstandes aus der Gruppe von

zeichnet, daß die Basisströme der Transistoren (T_x', Widerständen, dessen Widerstandswert bestimmt wer-

T₂' ... T_n) des elektronischen Wählschalter von den muß, und einer allen Reihenschaltungen gemeinsa-

einem Transistor (7) vom entgegengesetzten Leitfä- men Stromquelle mit hohem Innenwiderstand bestehen,

higkeitstyp geliefert werden, dessen Strom von der und daß mittels der Wählschalter der Strom der

Stromquelle (15, 16, 18, 19) bestimmt wird, die den 45 Stromquelle nur durch den einen (ausgewählten)

Emitterstrom der Transistoren (T₁', T₂' ... T_n) des Widerstand geführt und nur die an diesem Widerstand

elektronischen Wählschalters liefert. abfallende Spannung an einen Ausgangsverstärker

weitergeleitet wird, dessen Ausgangssignal den zu

bestimmenden Widerstandswert angibt.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird eine energiemäßig viel günstigere Schaltung erhalten, da

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur nicht nur unnötige Ströme durch die nicht ausgewählten

wahlweisen Bestimmung des Widerstandswertes eines Widerstände fortfallen, sondern auch durch die Auswahl

Widerstandes aus einer Gruppe von Widerständen. alle mit den zu bestimmenden Widerständen verbunde-

Eine derartige Schaltung kann z. B. zum Auslesen der 55 nen Stromwege, insbesondere diesen Widerständen Information auf einem magnetischen Scheiben- oder
Bandspeicher verwendet werden, wobei die in Form
von verschiedener Magnetisation in diesen Speicher
eingeschriebene Information den Widerstandswert

folgende elektronische Schalter, mit Ausnahme des Schalters des einen ausgewählten Widerstandes, stromlos gemacht werden.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfineines Magnetowiderstandes in einem Lesekopf ändert. ₆o dung ist zum Weiterleiten der Spannung an dem

Der Lesekopf kann dabei mehrere Magnetowiderstän-

de zum beliebigen Auslesen mehrerer Informationsspuren des Speichers enthalten.

Dafür muß jeweils ein solcher Magnetowiderstand

aus der Gesamtanzahl ausgewählt werden, um die ₆₅ Verstärkertransistoren vom entgegengesetzten Leitfäzugehörige Informationsspur auszulesen. Dieses Aus- higkeitstyp sind. Diese Ausführungsform bietet die

ausgewählten Widerstand zum Ausgangsverstärker jeder der Widerstände an der Basis eines eigenen Verstärkertransistors angeschlossen, wobei die Transistoren des elektronischen Wählschalters gegenüber den

wählen erfolgt im allgemeinen auf Befehl von in einem (gegebenenfalls demselben) Speicher gespeicherter Vorteile, daß sie eine Mindestanzahl an Transistoren und somit eine geringe Oberfläche des Halbleiterbau-

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elements der integrierten Schaltung erfordert, daß ein gutes Signal-Rausch-Verhältnis gewährleistet ist, auch wenn die verwendeten Widerstände und Stromquellen Rauschen aufweisen, daß die zuietzt genannten Transistoren einen zusätzlichen Verstärkungsbeitrag liefern, der auch das Signal-Rausch-Verhältnis günstig beeinflußt, und daß die Transistoren des Wählschalter als Stromschalter geschaltet sind, so dr.ß der den zu bestimmenden Widerstand durchfließende Strom genau dem der genannten Stromquelle entspricht

Die Erfindung wird nunmehr beispielsweise an Hand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine erste Ausführungsform und

F i g. 2 eine zweite Ausführungsform von Schaltungen nach der Erfindung, und '⁵

F i g. 3 eine Abwandlung eines Details der Schaltung nach F i g. 2.

Die Schaltung enthält eine Anzahl Magnetowiderstände R\, R₂... R_n, deren Widerstandswerte wahlweise bestimmt werden sollen. Diese Widerstände sind in die Ausgangskreise eines elektronischen Wählschalters aufgenommen, der die Transistoren Γι, T₂... T_n enthält. Diese Transistoren werden von einer Dekodierschaltung gesteuert, die die Transistorgatterschaltungen 11,

21 und 31, die mit dem Transistor 7Ϊ verbunden sind; 12,

22 und 32, die mit dem Transistor T₂ verbunden sind, und In, 2/7 und 3n, die mit dem Transistor T_n verbunden sind, enthält. Dieser Dekodierschaltung werden logische Eingangsspannungen — im dargestellten Beispiel drei

- zugeführt, wobei jede Gatterschaltung von drei Transistoren 11, 21, 31, 12, 22, 32 usw. eine andere logische Eingangskombination empfängt, z. B. nacheinander die Kombinationen 111; 110; 101; 100 usw., im dargestellten Beispiel daher insgesamt acht logische Kombinationen (n=8). Es leuchtet ein, daß unter diesen Bedingungen jede der Gatterschaltungen 11,21,31; 12, 22,32 usw., bis auf eine, Strom führen werden und daher alle Transistoren Γι - T_n, bis auf einen, sperren werden. (Selbstverständlich kann die Anzahl logischer Eingangsspannungen größer gewählt werden, in welchem Falle die Anzahl von Gattern sowie die Anzahl von Transistoren pro Gatter dementsprechend erweitert werden muß.)

In Reihe mit diesen Transistoren Ti - T_n liegen je weiter die zu bestimmenden Widerstände R\ — R_n sowie eine gemeinsame Stromquelle /1. Der elektronische Wählschalter Ti-T_n bewirkt nun zugleich, daß der Strom der Quelle /1 lediglich durch einen der zu bestimmenden Widerstände R\-R_n hindurchgeleitet wird und daß von den an diese Widerstände so angeschlossenen Verstärkerelementen A\ - A_n nur eines geöffnet wird. Diese Verstärkerelemente A\-A„ sind wieder als Transistoren ausgebildet, die in Reihe mit einer gemeinsamen Stromquelle I₂ an die Speisequelle angeschlossen sind. Die Transistoren 11, 21, 31; 12, 22, 32 usw. sowie die Transistoren A\, A₂... A_n weisen den gleichen Leitfähigkeitstyp auf und sind im dargestellten Beispiel npn-Transistoren: die Transistoren des elektronischen Wählschalters Ti, T₂... T_n sind vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp. Mit Hilfe einer weiteren Stromquelle /0, deren Strom durch einen weiteren Widerstand Ro hindurchgeleitet wird, der auch als Magnetowiderstand ausgebildet sein kann und derart in der Nähe der zu bestimmenden Widerstände Ri-R_n angeordnet ist, daß er zwar etwaigen störenden Magnetfeldern ausgesetzt, aber nahezu nicht von der zu messenden Magnetfeldinformation beeinflußt wird, kann erreicht werden, d;»ß unerwünschte Meßfehler ausgeglichen werden. Die Spannung über dem Widerstand Ro wird zu diesem Zweck einem Verstärker Ao zugeführt, der mit jedem der Verstärker Ai -A_r. einen Differenzverstärker mit einem Ausgang 4, 5 bildet, indem nämlich die Stromquelle I₂ in die gemeinsamen Emitterkreise all dieser Transistoren A₀-A_n aufgenommen ist Normalerweise werden die Nennwerte der Widerstände R₀-R_n gleich groß gewählt in welchem Falle dann auch die Stromquellen /0 und h gleich große Ströme abgeben sollen.

Die Schaltung läßt sich auf einfache Weise integrieren, wobei alle Transistoren 11-3/7 der Dekodierschaltung in einer gemeinsamen Kollektorinsel als vertikale Transistoren ausgebildet sein können.· Ebenso können die Transistoren Ao-A_n auch als vertikale Transistoren mit einer gemeinsamen Kollektorinsel ausgebildet werden. Die Transistoren Ti - T_n werden normalerweise als laterale Transistoren ausgebildet Dies hat den Nachteil, daß diese Transistoren einen verhältnismäßig niedrigen Kollektor-Basis-Stromverstärkungsfaktor aufweisen, wodurch ein geringer Meßfehler auftreten kann, infolge der Tatsache, daß die Abweichung zwischen dem Strom der Quelie /1 und dem Strom durch die zu bestimmenden Meßwiderstände R\ — R_n nicht mehr vernachlässigt werden kann.

F i g. 2 zeigt eine Abwandlung, bei der die Schaltung, bis auf die Stromquellen, völlig mit vertikalen Transistoren (npn-Transistoren) ausgebildet werden kann.

Die zu bestimmenden Widerstände sind wieder mit Ru R₂ ... und der Ausgleichswiderstand mit R₀ bezeichnet. Diese Widerstände liegen nun in Reihe mit den Kollektoren der Transistoren T/, T₂'... T₀', die als vertikale Transistoren, im dargestellten Beispiel npn-Transistoren, ausgebildet sind. Die Transistoren T/, T₂

werden wieder von einer l^aus-n-Dekodierschaltung gesteuert, die wieder die Transistorgatterschaltungen 11, 21, 31; 12, 22, 32 usw. enthält, gleich der Schaltung nach Fig. 1. Die Transistoren Ti', T₂ ... wirken dabei wieder als der elektronische Wählschalter, wie in F i g. 1 an Hand der Transistoren Ti, T₂ usw. beschrieben ist. Der Transistor To' gehört nicht zu diesem elektronischen Wählschalter, sondern ist fest eingestellt, wie nachstehend beschrieben werden wird.

Mit Hilfe einer Stromquelle /und der aus einer Diode 15 und Transistoren 16 und 17 bestehenden Stromspiegel werden in den Kollektoren dieser Transistoren gleich große Vorströme erzeugt. Wenn angenommen wird, daß vorläufig der Transistor 18, dessen Funktion näher beschrieben werden wird, abwesend ist, wird durch Selektion eines der Transistoren T₁', T₂ usw. des elektronischen Wählschalters eine Verbindung zwischen einem der zu bestimmenden Widerstände R_u R₂ usw. und der Ausgangsleitung 4 hergestellt, während der Transistor T₀' ebenfalls eine Verbindung zwischen dem Ausgleichswiderstand Ro und der Ausgangsleitung 5 herstellt, so daß mit Hilfe des Differenzverstärkers 6 der Unterschied zwischen der über einem der zu bestimmenden Widerstände R\, R₂... erzeugten Spannung und der über dem Widerstand Ro erzeugten Spannung verstärkt wird.

Die Basisstromversorgung der Transistoren T₁', T₂ usw. könnte grundsätzlich mit Hilfe von Widerständen zu der Speiseleitung erfolgen. Im dargestellten Beispiel werden diese Basisvorströme mit Hilfe einer mehrfachen Siromquelle erzeugt, die einen Transistor 7 vom lateralen Typ, im dargestellten Beispiel pnp-Typ, von dem getrennte Kollektoren C₁, C₂... mit den Basis-Elek-

troden der Transistoren T\ bzw. Ti usw. verbunden sind. Die Basisvorströme, die auf diese Weise von diesen Kollektoren des Transistors 7 geliefert werden, sind derart groß, daß die Transistoren 7V, Ti usw. nahezu in Stromsättigung betrieben werden. Um einen etwaigen Meßfehler infolge des noch verbleibenden Spannungsabfalls zwischen Kollektor und Emitter des ausgewählten Transistors 71', Ti usw. auszugleichen, ist der Transistor To' angebracht, dessen Basis auf ähnliche Weise einen Vorstrom von einem Kollektor q> des Transistors 7 empfängt. Wenn dieser Meßfehler vernachlässigbar klein ist, kann selbstverständlich der Transistor T₀' fortgelassen werden.

Die Vorströme, die die Kollektoren C\, ei ... des Transistors 7 an die Basis-Elektroden der Transistoren 71', Ti usw. liefern müssen, hängen sehr eng mit dem Einstellstrom der Stromquelle / zusammen. Dieser Strom (oder ein diesem Strom proportionaler Strom) fließt nämlich nach Spiegelung in dem Stromspiegel 15, 16 durch den einen der ausgewählten Transistoren 71', Ti usw. und der Basisstrom, der benötigt wird, um diesen Transistor nahezu in Stromsättigung zu betreiben, ist dann etwas größer als der Kollektor-Emitter-Vorstrom des ausgewählten Transistors geteilt durch dessen Kollektor-Basis-Stromverstärkungsfaktor, im linearen Bereich des betreffenden Transistors gemessen.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Stromeinstellung des Transistors 7 aus dem Vorstrom durch den ausgewählten Transistor, der durch die Stromquelle / bestimmt wird, abzuleiten. Im dargestellten Beispiel wird der Kollektorstrom des Transistors 16 zunächst durch einen Hilfstransistor 18 hindurchgeleitet und erreicht dann die Ausgangsleitung 4, wobei unter der Annahme, daß der Transistor 18 in seinem linearen Bereich einen gleich großen Kollektor-Basis-Stromverstärkungsfaktor wie die Transistoren 71', Ti usw. des elektronischen Wählschalters aufweist, in dem Basiskreis für den Transistor 18 ein Strom fließt, der um einen festen Prozentsatz niedriger als der benötigte von den Kollektoren c\, ei usw. gelieferte Strom ist. Die Basis des Transistors 18 wird dazu über einen Pegelverschiebungstransistor 19 (um einen genügenden Spannungshub an der Leitung 4 zu ermöglichen) mit einem Hilfskollektor cdes Transistors 7 verbunden, der mit der Basis b dieses Transistors gleichstrommäßig verbunden ist. Indem der Transistor 7 als lateraler Transistor ausgebildet und die kollektierende Oberfläche des Kollektors c um den genannten Prozentsatz kleiner als die der Kollektoren c\, ei usw. gewählt wird, wird nun erreicht daß der Basisstrom, der den Transistoren 71', T₂' usw. des elektronischen Wählschalters zugeführt wird, gerade in dem Verhältnis dieser kollektierenden Oberflächen von C\ usw. und c in bezug auf den im Transistor 18 fließenden Basisstrom vergrößert wird.

Andere Möglichkeiten zur Einstellung dieses gewünschten Verhältnisses bestehen z. B. darin, daß ein Transistor auf ähnliche Weise wie der Transistor 18 in Reihe mit der Stromquelle /angeordnet und von dessen Basisstrom die Steuerung des Transistors 7 abgeleitet wird. Auch ist es möglich, unter Fortlassung der Schaltungselemente 15, 18 und 19 eine Stromquelle unmittelbar zwischen der Verbindung der Elektroden c-b des Transistors 7 und der Basis des Transistors 16 anzuordnen. In diesem Fall wird sich aber die Änderung des Stromverstärkungsfaktors des Transistors 16 auch der Einstellstrom durch die zu bestimmenden Widerstände R\, Ri usw. ändern.

Eine günstige Abwandlung ist noch in Fig.3 dargestellt, bei der mit Hilfe der (vertikalen) Transistoren 18' und 19' der Strom der Quelle / zu entsprechenden Strömen /von den Transistoren 16 und 17 gespiegelt werden kann, während der Transistor 19' die gemeinsamen Basisströme ^3l/ß der Transistoren 18', 16 und 17 (wobei β der Kollektor-Basis-Stromverstärkungsfaktor dieser Transistoren ist) zu den Elektroden c—b des (lateralen) Transistors 7 liefert. Die kollektierende Oberfläche des Hilfskollektors c des Transistors 7 soll dann dementsprechend größer gewählt werden als an Hand der F i g. 2 beschrieben ist.

Bei Ausführung gemäß der Technik integrierter Schaltungen, v/obei im allgemeinen ein vertikaler Transistor dadurch erhalten wird, daß in dem Substrat eine Insel vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp, darin eine Insel vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie das Substrat und darin wieder eine Insel vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp angebracht wird, welche Inseln nacheinander Kollektor, Basis und Emitter des betreffenden vertikalen Transistors bilden werden, könnten Bedenken erhoben werden, daß, wenn die Transistoren 71', Ti usw. derart weit in Stromsättigung betrieben werden würden, daß die Kollektor-Basis-Zone eines solchen Transistors in der Durchlaßrichtung geschaltet werden würde, das Substrat, die Kollektorzone und die Basiszone einen parasitären (pnp)-Transistor bilden wurden, der einen Teil des Nutzstroms abführen würde. Tatsächlich fließt dabei ein Überschuß an Basisstrom, der von den Kollektoren C\, ei usw. des Transistors 7 geliefert wird, ab; der betreffende ausgewählte Transistor Γι', Ti usw. wird jedoch gerade derart eingestellt, daß diese Erscheinung nicht störend, sondern eben nützlich ist

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen 230 242/249

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Schaltung zur wahlweisen Bestimmung des Widerstandswertes eines Widerstandes aus einer Gruppe von Widerständen, dadurch gekennzeichnet, daß Reihenschaltungen vorgesehen sind, die je aus dem einen zu bestimmenden Widerstand (R\ ... R_n), einem diesem Widerstand zugeordneten elektronischen Wählschalter (T\ ... T_n; Ti', Tj ... T_n')zum Auswählen eines Widerstandes aus der Gruppe von Widerständen, dessen Widerstandswert bestimmt werden muß, und einer allen Reihenschaltungen gemeinsamen Stromquelle (Ir, 15, 16, 18, 19) mit hohem Innenwiderstand bestehen, und daß mittels der Wählschalter (T_u T₂... T_n, T<; T₂'... T„')der Strom der Stromquelle (Ir, 15, 16, 18, 19) nur durch den einen (ausgewählten) Widerstand geführt und nur die an diesem Information, die zur Vereinfachung der nachstehenden Beschreibung annahmeweise in Form von Signalspannungen an den Eingängen einer l-aus-fl-Dekodierschaltung gegeben ist Die Signalspannungen sind in der Regel binäre Signale, wobei die Funktion der 1-aus-n-Dekodierschaltung darin besteht, bei jeder Kombination dieser binären Signale jeweils nur einen einzigen Ausgang zu erregen. Indem die Ausgänge der Dekodierschaltung mit einem (elektronischen) Wählschalter verbunden werden, stellt dieser Schalter somit abhängig von der genannten Signalkombination nur eine einzige Verbindung her.

Mit diesem elektronischen Wählschalter ist wahlweise einer der Widerstände auszuwählen und dann der Widerstandswert desselben zu bestimmen. Es ist allgemein bekannt, beispielsweise aus »Rohde und Schwarz Mitteilungen« Nr. 4, 1953, Seite 194 und 195 einen Widerstandswert dadurch zu bestimmen, daß ein elektrischer Strom durch den Widerstand geschickt und

Widerstand abfallende Spannung an einen Aus- 20 die dadurch erzeugte Spannung gemessen wird. Zur gangsverstärker (6) weitergeleitet wird, dessen
Ausgangssignal den zu bestimmenden Widerstandswert angibt.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

genauen Bestimmung des Widerstandswertes muß daher von einer genau bestimmten Stromquelle ausgegangen werden. Gemäß der Technik integrierter Schaltungen ist es durch Anwendung des Stromspiegel-

zeichnet, daß zum Weiterleiten der Spannung an 25 prinzips auf einfache Weise möglich, genau gleiche i_.._ „,j j ,τ, „, Stromquellen herzustellen. Jedem der zu bestimmenden

Widerstände könnte also eine eigene Stromquelle zugeordnet und der Wählschalter könnte derart mit diesen Widerständen verbunden werden, daß jeweils die

dem ausgewählten Widerstand (R\ ... R_n) zum Ausgangsverstärker (6) jeder der Widerstände (R\ ...R_n)an der Basis eines eigenen Verstärkertransistors (A\ ... A_n) angeschlossen ist, wobei die