DE2546405C3 - Schaltungsanordnung zur Änderung einer Ausgangsspannung in Abhängigkeit von einer Eingangsspannung und einer Steuerspannung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Änderung einer Ausgangsspannung in Abhängigkeit von einer Eingangsspannung und einer Steuerspannung, bestehend aus einer Widerstandbrükkenschaltung, an deren erster Diagonale die Eingangsspannung anliegt, an deren zweiter Diagonale ein "Differenzverstärker angeschlossen ist, wobei zwei der Brückenwiderstände durch die Drain-Source-Strecken eines ersten bzw. zweiten Feldeffekttransistors gebildet sind, wobei an der Steuerelektrode des ersten Feldeffekttransistors die Steuerspannung und an der Steuerelektrode des zweiten Feldeffekttransistors eine konstante Bezugsspannung anliegt und wobei über einen Ausgang des Differenzverstärkers das Ausgangssignal abgegeben wird,

Eine derartige Schaltungsanordnung ist bekannt (FR-PS 14 92 270).

Diese bekannte Schaltungsanordnung ist relativ schwierig abzugleichen, weil die an den Steuerelektroden der Feldeffekttransistoren angeschlossenen Eingangswiderstände durch Kombinationen von ohmschen Widerständen gebildet werden, die in der Praxis nicht genau gleich gemacht werden können. Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Schaltungsanordnung ist darin zu sehen, daß sich die an den Steuerelektroden der Feldeffekttransistoren anliegenden Ejngangswiderstände wegen der Alterung der ohmschen Widerstände ändern. Die Konstanz des Abgleichs — gesehen über einen längeren Zeitraum — läßt daher zu wünschen übrig. Ein weiterer Nachteil der bekannten Schaltungsanordnung ist darin zu sehen, daß sie bei Ternperaiuränderungen eine für masche Anwendungsgebiete nicht

ίο ausreichende Temperaturstabilität aufweist, weil sich die Arbeitspunkte der beiden Feldeffekttransistoren wegen der erwähnten, nicht genau gleichen und zeitlich sich langsam ändernden Eingangswiderstände ebenfalls ändern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art anzugeben, die in einfacher Weise abgleichbar ist und die sich durch große Temperalurstabilität auszeichnet

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein erster Operationsverstärker vorgesehen ist, an dessen invertierendem Eingang die konstante Bezugsspannung anliegt und dessen Ausgang an die Steuerelektrode des zweiten Feldeffekttransistors angeschlossen ist und daß ein zweiter Operationsverstärker vorgesehen ist, an dessen invertierendem Eingang einerseits die konstante Bezuqsspannung und andererseits die S^euerspannung im additiven Sinn anliegen und dessen Ausgang an die Steuerelektrode des ersten Feldeffekttransistors angeschlossen ist.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zeichnet sich dadurch aus, daß an die Steuerelektroden der beiden Feldeffekttransistoren gleiche Eingangswiderstände angeschlossen sind, weil diese Eingangswiderstände durch die Ausgangswiderstände des ersten Operationsverstärkers und des zweiten Operationsverstärkers gebildet werden. Wegen dieser gleichen Eingangswiderstände ergeben sich gleiche gleichspannungsmäßige Arbeitspunkte der beiden Feldeffekttransistoren, so daß die erfindungsgemOe Schaltungsanordnung einerseits relativ einfach abgleichbar ist und andererseits eine extrem hohe Temperaturstabilität aufweist. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist darin zu sehen, daß sich deren Abgleich — gesehen über einen längeren Zeitraum — nicht ändert, weil die Ausgangswiderstände der beiden Operationsverstärker keine Alterungserscheinungen aufweisen.

Um Feldeffekttransistoren verwenden zu können, die einen höheren Eingangswiderstand an den Steuerelek-(roden benötigen, ist es zweckmäßig, daß die Ausgänge des ersten Operationsverstärkers einerseits und des zweiten Operationsverstärkers andererseits über je einen Widerstand an die Steuerelcktroden des ersten Feldeffekttransistors bzw. des zweiten Feldeffekttransistors angeschlossen sind.

Um zu erreichen, daß bei abgeglichenem Brückenwiderstand, das vom Ausgang des Differenzverstärkers abgegebene Ausgangssignal ungleich 0 ist und von dort aus mit der Steuerspannung variierbar ist, ist es

ho zweckmäßig, daß in Serie zur Drain-Source-Strecke des zweiten Feldeffekttransistors ein Widerstand geschaltet ist.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben, wobei in

''s beiden Figuren dargestellte gleiche Gegenstände mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Es zeigt

Fig. 1 eine bekannte Schaltungsanordnung zur Änderung einer Ausgangsspannung in Abhängigkeit

von einer Eingangsspannung und einer Steuerspannung,

F i g. 2 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die Arbeitspunkte beider Feldeffekttransistoren unter Verwendung eines Inverters und eines invertierenden Addierers eingestellt werden.

F i g. 1 zeigt eine bekannte Schaltungsanordnung mit Feldeffekttransistoren Fi, FZ Widerständen Al, Ä2, R 4, R 5, R 6 und mit einem Operationsverstärker OP1. Eine Eingangsspannung L/£°wird über einen Schaltungspunkt Pl zugeführt, die Ausgangsspannung UA wird über einen Schaltungspunkt P2 abgegeben und an einem Schaltungspunkt P3 liegt eine Steuerspannung UST an. Mit dieser Schaltungsanordnung kann die Ausgangsspannung UA geändert werden, in Abhängigkeit von der Eingangsspannung UEund in Abhängigkeit von der Steuerspannung UST.

In vielen Bereichen der elektronischen Schaltungstechnik werden Feldeffekttransistoren nach Art der Feldeffekttransistoren Fl, FI im ohmschen Bereich als steuerbare Widerstände bis zu Frequenzen von einigen MHz betrieben. Um einen günstigen Dämpfungsverlauf zu erhalten, sind die Widerstände Al, P.2 und die Feldeffekttransistoren Fl, F2 nach Art einer Brückenschallung geschaltet. Der Operationsverstärker OP1 ist als Differenzverstärker geschaltet. Wenn am Schaltungspunkt PZ die Arbeitspunkt-Steuerspannung anliegt, dann soll die Brückenschaltung derart abgeglichen sein, daß an beiden Eingängen des Operationsverstärkers OPl gleiche Potentiale anliegen und die Ausgangsspannung UA gleich 0 ist. Wenn dagegen die Steuerspannung UST in positiver oder negativer Richtung von der Arbeitspunkt-Steuerspannung ab weicht, dann liegen an den beiden Eingängen des Operationsverstärkers OP I verschiedene Potentiale an, so daß über den Schaltungspunkt PI eine Ausgangsspannung UA abgegeben wird, die einerseits von der Eingangsspannung UE abhängig ist und andererseits von der Steuerspannung UST. Da eine Änderung des Leitwertes der Feldeffekttransistoren Fl, F2 unmittelbar eine Verstellung der Brückenschaltung und damit eine Änderung der Verstärkung oder Dämpfung des Eingangssignais UE zur Folge hat, bewirkt auch eine temperaturbedingte Änderung der Leitwerte der Feldeffekttransistoren Fl, F2 eine unerwünschte Änderung des Ausgangssignals UA.

Die TemperaturcharakleristikerL der beiden Feldeffekttransistoren Fl und F2 sind gleich. Ähnlich wie die Steuerelektrode des Feldeffekttransistors Fl ist auch die Steuerelektrode des Feldeffekttransistors Fl über den Widerstand /?6 an den Schaltungspunkt P 4 angeschlossen. Am Schaltungspunkt Pi liegt eine konstante Bezugsspanncng an, die als Arbeitspunkt-Steuerspannung für den Feldeffekttransistor F2 wirkt. Die Arbeitspunkt-Steuerspannung des Feldeffekttransistors Fl ist gleich der am Schaltungspunkt PS anliegenden konstanten Bezugsspannung. Die Brückenschaltung mit den Widerständen Ri, R 2 und den beiden Feldeffekttransistoren Fl und F2 ist derart abgeglichen, daß bei Anliegen der Arbeitspunkt-Steuerspannung an der Steuerelektrode des Feldeffekttransistors Fl eine Ausgangsspannung UA von ÖV entsteht. Bei positiven bw. negativen Abweichungen der Steuerspannung UST von der Arbeitspunkt-Steuerspannung ergeben sich Ausgangsspannungen UA, die in positiver bzw. negativer Richtung proportional der Eingangsspannung UE sind. Dabei ist der Schaltungspunkt Pb mit dem nicht invertierenden und mit einem Pluszeichen bezeichneten Eingang des Operationsverstärkers OPI verbunden, wogegen der Schaltungspunk!: Pl mit dem invertierenden und mit einem Minuszeichen bezeichneten Eingang des Operationsverstärkers OP1 verbunden ist. Wenn diese Anschlüsse vertauscht werden und somit

s der Schaltungsput-kt P6 an den invertierenden Eingang und der Schaltungspunkt Pl an den nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OPl angeschlossen sind, dann ergeben sich bei positiven bzw. negativen Abweichungen der Steuerspannung USTvon

ίο der Arbeitspunkt-Steuerspannung verkehrt proportionale negative bzw. positive Änderungen der Ausgangsspannung UA in Abhängigkeit von der Eingangsspannung UE

Falls in Reihe zur Signalstrecke des Feldeffekttransistors F2 zwischen den beiden Schaltungspunkten P5 und Pl ein in Fig. 1 nicht dargestellter Widerstand eingeschaltet ist, und falls bei beliebigen Eingangsspannungen UE am Schaltungspunkt PZ die Arbeitspunkt-Steuerspannung anliegt, dann ergibt sich eine konstante Ruhespannung UA am Schaltunaspunkt PZ Bei negativen Abweichungen der Steuc.ipannung USTvon der Arbeitspunkt-Steuerspannung ergeben sich Ausgangsspannungen UA, die in positiver bzw. negativer Richtung proportional der Eingangsspannung (JE sind und die außerdem um die konstante Ruhespannung versetzt sind.

F i g. 2 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel, bei dem Widerstände R 11, R 12, R 13 und ein Operationsverstärker OP3 einen invertierenden Addierer bilden.

Ein derartiger invertierender Addierer zeichnet sich im Vergleich zu einem nicht invertiererden Addierer durch eine besonders stabile Arbeitsweise aus. Wegen der Verwendung des invertierenden Addierers zur Vorspannungserzeugung für den Feldeffekttransistor Fl ist zur Vorspannerzeugung für den Feldeffekttransistor F2 ein Inverter mit Widerständen R 9, R 10 und mit einem Operationsverstärker OP2 vorgesehen. Ein Spannungsteiler mit Widerständen Rl und Λ8 ist einerseits mit Masse und andererseits über einen Schaltungspunkt P9

mit einer positiven Betriebsspannung verbunden. Über den Abgriff des Spannungsteilers RlIR8 wird eine konstante Bezugsspannung bereitgestellt. Wenn am Schaltungspunkt P3 keine Steuerspannung UST anliegt, dann ist an den Steuerelektroden der Feldeffekttransistoren Fl und F2 die gleiche Qezugsspannung wirksam, die vom Abgriff des Spannungsteilers R l/R 8 abgenommen wird. Die beiden Steuerellektroden der Feldeffekttransistoren erhalten somit die gleiche konstante Vorspannung. Die Widestände K 9, R 10 und der Operationsverstärker OP2 sind zusammen mit dem Spannungsteiler RlIR 8 und der über den Schaltungspunkt 9 angeschlossenen Spannungsquelle als eine Anordnung anzusehen, die eine weitgehend konstante Sezugsspannung über den Schaltungspunkt P8 an die Steuerelektrode des Feldeffekttransistors F2 abgibt. Die Widerstände R 11, R 12, R 13 und der Operationsverstärker OP3 sind in Zusammenhang mit dem Spannungsteiler RlIRS und mit der über den Schaltungspunkt P9 angeschlossenen Spannungsquelle als eine Anordnung anzusehen, die einerseits eine sehr konstante Bezugsspannung an den Feldeffekttransistor Fl abgibt und die andererseits die Addition der Steuerspannung USTzur Bezugsspannung bewirkt. Die Widerstände R 14 bzw. R 15 machen die Innenwider-

(>.i stände der eben bi ichriebenen Anordnungen unabhängig von den Operationsverstärkern OP3 bzw. OP2. Aufgrund der Verwendung der Bauteile R9, R 10, OP2 einerseits und der Bauteile All, RU, RiZ, OPZ

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andererseits wird der Abgleich der Brückenschaltung, durch die Signale (7£und iASTdargestellt werden. Da;

bestehend aus den Widerständen Ri, R 2 und den Produkt der beiden Faktoren wird durch das Signal L)A

beiden Feldeffekttransistoren Fl, Fl wesentlich er- dargestellt. Insbesondere eignet sich die Schalmngsan

leichtert. Ordnung als Vterquadranten-Mulliplizicrer. weil fii

Die in F i g. 2 dargestellte Schaltungsanordnung < beide Faktoren Pluswerte oder Minuswerte eingegebei

eignet sich zur Multiplikation zweier Faktoren, die werden können.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Änderung einer Ausgangsspannung in Abhängigkeit von einer Eingangsspannung und einer Steuerspannung, bestehend aus einer Widerstandbrückenschaltung, an deren erster Diagonale die Eingangsspannung anliegt, an deren zweiter Diagonale ein Differenzverstärker angeschlossen ist, wobei zwei der Brückenwiderstände durch die Drain-Source-Strekken eines ersten bzw. zweiten Feldeffekttransistors gebildet sind, wobei an der Steuerelektrode des ersten Feldeffekttransistors die Steuerspannung und an der Steuerelektrode des zweiten Feldeffekttransistors eine konstante Bezugsspannung anliegt und wobei über einen Ausgang des Differenzverstärkers das Ausgangssignal abgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Operationsverstärker (OP2) vorgesehen ist, an dessen invertierendem Eingang die konstante Bezugsspannung anliegt und dessen Ausgang an die Steuerelektrode des zweiten Feldeffekttransistors (F2) angeschlosser ist und daß ein zweiter Operationsverstärker (OP3) vorgesehen ist, an dessen invertierendem Eingang einerseits die konstante Bezugsspannung und andererseits die Steuerspannung (UST) im additiven Sinn anliegen und dessen Ausgang an die Steuerelektrode des ersten Feldeffekttransistors (F 1) angeschlossen ist (F i g. 2).

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge des ersten Operationsverstärkers (OPTi einerseits und des zweiter Operationsverstärkers (OP3) andererseits über je einen Widerstand (R !5) bzw. R 14) an die Steuerelektroden des zweiten reldeffekttransistors (F2) bzw. des ersten Feldeffekttransistors (Fi) angeschlossen sind (F i g. 2).

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Serie zur Drain-Source-Strecke des zweiten Feldeffekttransistors (F2) ein Widerstand geschaltet ist.