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Schaltungsanordnung zur Änderung einer Ausgangsspannung in Ab-
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hängigkeit von einer Eingangsspannung und einer Steuerspannung.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Änderung
einer Ausgangsspannung in Abhängigkeit von einer Eingangsspannung und einer Steuerspannung
und besteht aus einer Brückenschaltung, an deren ersten Diagonale die Eingangsspannung
anliegt und an deren zweiter Diagonale ein Differenzverstärker angeschlossen ist.
Dabei wird einer der Brückenwiderstände durch die Signalstrekke eines ersten Feldeffekttransistors
gebildet, an deren Steuerelektrode die Steuerspannung anliegt. über einen Ausgang
des Differenzverstärkers wird das Ausgangssignal abgegeben.
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Bekannte Schaltungsanordnungen der oben beschriebenen Gattung haben
den Nachteil, daß temperaturbedingte Änderungen des Feldeffekttranistor-Leitwertes
unerwünschte Änderungen des Ausgangssignals bewirken.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung
der eingangs genannten Gattung anzugeben, die sich durch große Temperaturstabilität
auszeichnet.
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Erfindungsgemäß ist bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten
Gattung die Signalstrecke eines zweiten Feldeffekttransistors als einer der weiteren
Brückenwiderstände geschaltet. Die Temperaturcharakteristiken des ersten Feldeffekttransistors
und des zweiten Feldeffekttransistors sind gleich, die Steuerelektrode des zweiten
Feldeffekttransistors ist an einen Schaltungspunkt angeschlossen, an dem eine konstante
Bezugsspannung anliegt und diese Bezugsspannung ist gleich der Arbeitspunkt-Steuerspannung
des ersten Feldeffekttransistors.
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Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zeichnet sich durch große
Temperaturstabilität aus, weil sich temperaturbedingte Änderungen der Leitwerte
beider Feldeffekttransistoren im Rahmen der Brückenschaltung kompensieren. Solange
die Steuerspannung an der Steuerelektrode des ersten Feldeffekttransistors gleich
der Arbeitspunkt-Steuerspannung ist, ändern sich die Signalstrecken beider Feldeffekttransistoren
in gleicher Weise, so daß die Brückenschaltung auch bei großen Temperaturschwankungen
im Gleichgewicht bleibt.
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Um zu gewährleisten, daß an den Steuerelektroden beider Feldeffekttransistoren
die gleichen Arbeitspunkte eingestellt sind, ist es zweckmäßig einen Addierer vorzusehen,
an dem eingangsseitig die konstante Bezugs spannung und die Steuerspannung anliegen
und dessen Ausgang an die Steuerelektrode des ersten Feldeffekttransistors angeschlossen
ist. An der Steuerelektrode des zweiten Feldeffekttransistors liegt ebenfalls die
konstante Bezugsspannung.
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Um den Abgleich der Brückenschaltung zu erleichtern, ist es zweckmäßig
einerseits einen Inverter vorzusehen, an dessen Eingang die konstante Bezugsspannung
anliegt und andererseits einen invertierenden Addierer, an dem eingangsseitig die
konstante Bezugsspannung und die Steuerspannung anliegen und dessen Augang an die
Steuerelektrode des ersten Feldeffekttransistors angeschlossen ist.
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Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der
Figuren 1 bis 4 beschrieben, wobei in mehreren Figuren dargestellte gleiche Gegenstände
mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.
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Es zeigen: Fig. 1 eine bekannte Schaltungsanordnung zur Änderung einer
Ausgangs spannung in Abha-ngigke i t von einer E ingang-sspannung und einer Steuerspannung,
Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel in prinzipieller Darstellung, Fig. 3 ein zweites
Ausführungsbeispiel mit prinzipieller Darstellung der Bauteile zur Arbeitspunktstabilisierung
und
Fig. 4 ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
bei dem die Arbeitspunkte beider Feldeffekttransistoren unter Verwendung eines Inverters
und eines invertierenden Addierers eingestellt werden.
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Fig. 1 zeigt eine bekannte Schaltungsanordnung mit dem Feldeffekttransistor
Fl, den Widerständen Rl, R2, R3, R4, R5 und mit dem Operationsverstärker OP1. Die
Eingangsspannung UE wird über den Schaltungspunkt P1 zugeführt, die Ausgangsspannung
UA wird über den Schaltungspunkt P2 abgegeben und am Schaltungspunkt P3 liegt die
Steuerspannung UST an. Mit dieser Schaltungsanordnung kann die Ausgangsspannung
UA geändert werden, in Abhängigkeit von der Eingangsspannung UE und in Abhängigkeit
von der Steuerspannung UST.
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In vielen Bereichen der elektronischen Schaltungstechnik werden Feldeffekttransistoren
nach Art des Feldeffekttransistors Fl im ohmschen Bereich als steuerbarer Widerstand
bis zu Frequenzen von einigen MHz betrieben. Um einen günstigen Dämpfungsverlauf
zu erhalten, sind die Widerstände R1, R2, R3 und der Feldeffekttransistor F1 nach
Art einer Brückenschaltung geschaltet. Der Operationsverstärker OP1 ist als Differenzverstärker
geschaltet. Wenn am Schaltungspunkt P3 die Arbeitspunkt-Steuerspannung anliegt,
dann soll die Brückenschaltung derart abgeglichen sein, daß an beiden Eingängen
des Operationsverstärkers OP1 gleiche Potentiale anliegen und die Ausgangs spannung
UA gleich 0 ist. Wenn dagegen die Steuerspannung UST in ppsitiver oder negativer
Richtung von der Arbeitspunkt-Steuerspannung abweicht, dann liegen an den beiden
Eingängen des Operationsverstärkers OPi verschiedene Potentiale an, so daß über
den Schaltungspunkt P2 eine Ausgangsspannung UA abgegeben wird, die einerseits von
der Eingangsspannung UE abhängig ist und andererseits von der Steuerspannung UST.
Da eine Änderung des Leitwertes des Feldeffekttransistors Fl unmittelbar eine Verstellung
der Brückenschaltung und damit eine Änderung der Verstärkung oder Dämpfung des Eingangssignals
UE zur Folge hat, bewirkt auch eine temperaturbedingte Änderung des Leitwertes des
Feldeffekttransistors Fi eine unerwünschte Änderung des Ausgangssignals UA.
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Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung zur
Änderung der Ausgangsspannung UA in Abhängigkeit von der Eingangsspannung UE und
in Abhängigkeit von der Steuerspannung ST, wobei mit Hilfe der beiden Feldeffekttransistoren
F1 und F2 eine Temperaturstabilisierung erzielt wird. Die Temperaturcharakteristiken
der beiden Feldeffekttransistoren F1 und F2 sind gleich. Ähnlich wie die Steuerelektrode
des Feldeffekttransistors Fi ist auch die Steuerelektrode des Feldeffekttransistors
F2 über den Widerstand R6 an den Schaltungspunkt P4 angeschlossen. Am Schaltungspunkt
P8 liegt eine konstante Bezugsspannung an, die als Arbeitssunkt-Steuerspannung für
den Feldeffekttransistor F2 wirkt. Die Arbeitspunkt-Steuerspannung des Feldeffekttransistors
F1 ist gleich der am Schaltungspunkt P8 anliegenden konstanten Bezugsspannung. Die
Brückenschaltung mit den Widerständen Ri, R2 und den beiden Feldeffekttransistoren
Fl und F2 ist derart abgeglichen, daß bei Anliegen der Arbeitspunkt-Steuerspannung
an der Steuerelektrode des Feldeffekttransistors F1 eine Ausgangsspannung UA von
0 V entsteht.
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Bei positiven bzw. negativen Abweichungen der Steuer spannung UST
von der Arbeitspunkt-Steuerungspannung ergeben sich Ausgangsspanungen UA, die in
positiver bzw. negativer Richtung proportional der Eingangsspannung UE sind. Dabei
ist der Schaltungspunkt P6 mit dem nicht invertierenden und mit einem Pluszeichen
bezeichneten Eingang des Operationsverstärkers OP1 verbunden, wogegen der Schaltungspunkt
P7 mit dem invertierenden und mit einem Minuszeichen bezeichneten Eingang des Operationsverstärkers
OP1 verbunden ist.
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Wenn diese Anschlüsse vertauscht werden und der Schaltungspunkt P6
an den invertierenden Eingang und der Schaltungspunkt P7 an den nicht invertierenden
Eingang des Operationsverstärkers OP1 angeschlossen sind, dann ergeben scn be positiven
bzw. negativen Abweichungen der Steuerspannung UST von der Arbeitspunkt-Steuerspannung
verkehrt proportionale negative bzw. positive Änderungen der Ausgangsspannung UA
in Abhängigkeit von der Eingangspannung UE.
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Falls in Reihe zur Signalstrecke des Feldeffektransistors F2 zwischen
den beiden Schaltungspunkten P5 und P7 ein in Fig. 2 nicht dargestellter Widerstand
eingeschaltet ist, und falls bei beliebigen Eingangsspannungen UE am Schaltungspunkt
P3 die Arbeitspunkt-Steuerspannung
anliegt, dann ergibt sich eine
konstante Ruhespannung UA am Schaltungspunkt P2. Bei negativen Abweichungen der
Steuerspannung UST von der Arbeitspunkt-Steuerspannung ergeben sich Ausgangsspannungen
UA, die in positiver bzw. negativer Richtung proportional der Eingangsspannung UE
sind und die außerdem um die konstante Ruhespannung versetzt sind.
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Fig. 3 zeigt deutlicher jene Bauteile, die zur Einstellung der Arbeitspunkte
der beiden Feldeffekttransistoren F1 und F2 dienen.
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Der Spannungsteiler mit den Widerständen R7 und R8 ist einerseits
mit Masse verbunden und andererseits über den Schaltungspunkt P9 mit einer positiven
Betriebsspannung. Über den Abgriff des Spannungsteilers R7/R8 wird eine konstante
Bezugsspannung einerseits über den Schaltungspunkt P8 abgegeben und andererseits
zum Addierer A, der die konstante Bezugsspannung und die Steuer spannung UST addiert.
Wenn am Schaltungspunkt P3 keine Steuerspannung UST anliegt, dann ist an den Steuerelektroden
der beiden Feldeffekttransistoren F1 und F2 die gleiche Bezugsspannung wirksam,
die vom Abgriff des Spannungsteilers R7/R8 abgenommen wird. Die beiden Steuerelektroden
der Feldeffekttransistoren erhalten somit die gleiche konstante Vorspannung. Mit
Hilfe des Addierers A wird dem Feldeffekttransistor Fl zusätzlich zu dieser Vorspannung
die Steuerspannung UST zugeführt.
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Fig. 4 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel, bei dem anstelle
des in Fig. 3 dargestellten Addierers A ein invertierender Addierer mit den Widerständen
R11, R12, R13 und mit dem Operationsverstärker OP3 vorgesehen ist. Ein derartiger
invertierender Addierer zeichnet sich im Vergleich zu einem nicht invertierenden
Addierer durch besonders stabile Arbeitsweise aus. Wegen der Verwendung des invertierenden
Addierers zur Vorspannungserzeugung für den Feldeffekttransistor F1 ist zur Vorspannungserzeugung
für den Feldeffekttransistor F2 ein Inverter vorgesehen mit den Widerständen R9,
RiO und mit dem Operationsverstärker OP2. Die Widerstände R9, RiO und der Operationsverstärker
OP2 ist zusammen mit dem Spannungsteiler R7/R8 und der über den Schaltungspunkt
9 angeschlossenen Spannungsquelle als eine Anordnung anzusehen, die eine weitgehend
konstante
Bezugsspannung über den Schaltungspunkt P8 an die Steuerelektrode des Feldeffekttransistors
F2 abgibt. Die Widerstände Ril, R12, R13 und der Operationsverstärker OP3 sind in
Zusammenhang mit dem Spannungsteiler R7/R8 und mit der über den Schaltungspunkt
P9 angeschlossenen Spannungsquelle als eine Anordnung anzusehen, die einerseits
eine sehr konstante Bezugsspannung an den Feldeffekttransistor F1 abgibt und die
andererseits die Addition der Steuerspannung UST zur Bezugsspannung bewirkt. Die
Widerstände R14 bzw. R15 machen die Innenwiderstände der eben beschriebenen Anordnungen
unabhängig von den Operationsverstärkern gP3 bzw. OP2. Aufgrund der Verwendung der
Bauteile R9, R10, OP2 einerseits und der Bauteile R11, R12, R13, OP3 andererseits'
wird der Abgleich der Brückenschaltung, bestehend aus den Widerständen Ri, R2 und
aus den beiden Feldeffekttransistoren F1, F2 wesentlich erleichtert.
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Die in den Fig. 2 bis 4 dargestellten Schaltungsanordnungen eignen
sich zur Multiplikation zweier Faktoren, die durch die Signale UE und UST dargestellt
werden. Das Produkt der beiden Faktoren wird durch das Signal UA dargestellt. Insbesondere
eignen sich die Schaltungsanordnungen als Vierquadranten-Multiplizierer, weil für
beide Faktoren Pluswerte oder Minuswerte eingegeben werden können.
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5 Patentansprüche 4 Figuren