DE2608576A1

DE2608576A1 - Aus feldeffekt-transistoren vom gleichen kanaltyp aufgebauter differenzverstaerker mit hoher gleichtaktunterdrueckung

Info

Publication number: DE2608576A1
Application number: DE19762608576
Authority: DE
Inventors: Jun Leo Boyes Freeman; Robert James Incerto; Joseph Anthony Petrosky
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1975-03-21
Filing date: 1976-03-02
Publication date: 1976-09-30
Also published as: US3970950A; JPS5823010B2; GB1486401A; JPS51114057A; DE2608576C2; FR2305058B1; FR2305058A1

Description

Amtliches Aktenzeichen:

ITeuanmeldung

Aktenzeichen der Anmelderin: FI 974 047

Aus Feldeffekt-Transistoren vom gleichen Kanaltyp aufgebauter Differen ζ verstärker mit hoher Gleichtaktunterdrückung.

Die Erfindung bezieht sich auf einen hochwertigen zweikanaligen Differenzverstärker mit hohem Verstärkungsfaktor, der eins hohe Gleichtaktunterdrückung aufweist. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen derartigen Verstärker, der in monolithisch integrierter Technik hergestellt ist und sowohl MOS-Feldeffekt-Transistoren vom Änreicherungs- als auch vom Verarmungstyp benutzt.

Verschiedene elektronsiche Systeme sind unter Verwendung von Müo-Feldeffekt-Transistoren, die in monolithisch integrierter Technik hergestellt wurden, aufgebaut worden. Diese Technologie schließt sowohl die Verwendung von P-Kanal- als auch von d-Kanal-Feldeffekt-Transistoren ein, die sowohl vom Verarmungs- als auch vom Änreicherungstyp sein können. Meistenteils wurden in solchen Schaltungen jedoch P-Kanal-Feldeffekt-Transistoren vom Änreicherungs typ benutzt.

MOS-Feldeffekt-Transistoren sind mit unterschiedlichem Erfolg in digitalen Schaltkreisen und für Verstärkungsanwendungen benutzt worden. Es besteht jedoch noch ein Bedarf nach hochwerti-

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gen Verstärkerschaltungen mit hohem Verstärkungsfaktor, die in der Technik der monolithisch integrierten Schaltungen hergestellt werden können. Insbesondere besteht ein Bedarf nach einem in KOS-FET-Technologie hergestellten hochwertigen Differenzverstärker, der eine hohe Gleichtaktunterdrückung und eine kurze Schaltzeit in Verbindung mit einem hohen Verstärkungsfaktor aufweist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen derartigen Verstärker zu schaffen.

Die genannte Aufgabe wird durch einen aus Feldeffekt-Transistoren vom gleichen Kanaltyp aufgebauten Differenzverstärker gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist, daß zwei Serienschaltungen aus je einem Feldeffekt-Transistor vom Verarmungstyp und vom Anreicherungstyp parallel geschaltet sind, daß die Gate-Elektroden der Feldeffekt-Transistoren kreuzgekoppelt und mit den Eingangsklemmen des Differenzverstärkers verbunden sind, dessen Ausgangsklemmen an die Verbindungspunkte der beiden in Serie geschalteten Feldeffekt-Transistoren angeschlossen sind.

Im folgenden wird die Erfindung in Verbindung mit der Laicimung näher erläutert, die ein Schaltbild des bevorzugten Ausführungsbeispieles eines hochverstärkenden Differsnzverstärkers gemäß der Erfindung darstellt. Der Verstärker enthält sowohl Feldeffekt-Transistoren vom Anreicherungstyp als auch solche vom Verarmungstyp. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist angenommen, daß es sich sowohl bei den Feldeffekt-Transistoren vom Anreicherungstyp als auch bei denen vom Verarmungstyp um N-Kanal-Felcieffekt-Transistoren handelt, wodurch die Drain-Spannung eine positive Spannung ist. Es sei jedoch bemerkt, daß, wenn das erwünscht ist, ebensogut P-Kanal-Feldeffekt-Transistoren verwendet werden können bei einer entsprechenden Umkehr der Polarität der in der Schaltung benutzten Spannungen.

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Bekanntlich leiten die N-Kanal-Feldeffekt-Transistoren vom Verarmungstyp,wenn die Gate-Source-Spannung größer ist als eine negative Schwellspannung, die charakteristisch für den Transistor ist. In gleicher Weise leiten die Feldeffekt-Transistoren vom Anreicherungstyp nur dann, wenn die Gate-Source-Spannung größer als eine positive Schwellspannung ist, die für den Transistor charakteristisch ist. Dies führt zu bestimmten Vorteilen hinsichtlich der Schaltzeit und der gegenseitigen Verbindbarkeit in der dargestellten Schaltung, wie später noch deutlich werden wird.

Die Drain-Elektrode des Feldeffekt-Transistors Q1 vom Verarmungstyp ist elektrisch über einen Leiter 11 und eine Klemme 12 mit dem positiven Pol einer Gleichspannungsquelle verbunden, die die Speisespannung für die Drain-Elektrode liefert. Die Source-Elektrode des Transistors Q1 ist über eine Leitung 14 mit der Ausgangsklemme 15 der Verstärkerschaltung verbunden. Die Klemme 15 ist über eine Leitung 16 mit der Drain-Elektrode des Feldeffekt-Transistors Q3 vom Anreicherungstyp verbunden, und die Source-Elektrode des Feldeffekt-Transistors Q3 ist über eine Leitung 18 mit einer Klemme 19 für die Source-Spannung verbunden, die üblicherweise auf Massepotential liegt.

Die Gate-Elektrode des Transistors Q1 ist über den Leiter 21 mit einer Eingangsklemme 22 der Verstärkerschaltung und die Gate-Elektrode des Transistor Q3 ist über einen Leiter 23 mit einer Eingangsklemme 24 der Verstärkerschaltung verbunden.

In ähnlicher Weise ist ein Feldeffektr-Transistor Q2 vom Verarmungstyp vorgesehen zusammen mit einem Feldeffekt-Transistor Q4 vom Anreicherungstyp. Wie dargestellt ist die Drain-Elektrode des Feldeffektransistors Q2 über einen Leiter 31 mit der Klemme 12 für die Speisespannung der Drain-Elektrode und die Source-Elektrode des Feldeffekt-Transistors Q2 ist über einen Leiter 34

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mit einer Ausgangsklemme 35 des Verstärkers verbunden. In ähnlicher Weise ist die Drain-Elektrode des Feldeffekt-Transistors Q4 über einen Leiter 36 mit der Klemme 35 und die Source-Elektrode des Feldeffekt-Transistors Q4 über einen Leiter 38 mit der Klemme 19 verbunden.

Die Gate-Elektrode des Feldeffekt-Transistors Q2 ist über einen LeJter 41 mit der Eingangsklemme 24 und die Gate-Elektrode des Feldeffekt-Tranistors Q4 ist über einen Leiter 43 mit der Eingangsklemme 22 des Verstärkers verbunden, um eine kreuzgekoppelte Konfiguration zu erhalten, durch die jeder Eingang des Verstärkers mit einem Feldeffekt-Transistor vom Anrexcherungstyp und einem vom Verarmungstyp verbunden ist.

In der dargestellten Konfiguration sind die Feldeffekt-Transistoren Q1, Q2, Q3 und Q4 so vorgespannt, daß sie leiten.

Es ist ersichtlich, daß die dargestellte Schaltung als ein hochwertiger Differenzverstärker arbeitet. Wenn daher ein positiveres Signal der Eingangsklemme 24 zugeführt wird, wollen die daraus resultierenden positiveren Signale an den Gate-Elektroden der Feldeffekt-Transistoren Q3 und Q2 die Leitfähigkeit dieser Transistoren erhöhen. In ähnlicher Weise sorgt das gleichzeitige Anlegen eines weniger positiven Signals an die Eingangsklernme für entsprechend weniger positive Signale an den Gate-Eletroden der Feldeffekt-Transistoren Q4 und QV. Dies hat die Wirkung, daß die Leitfähigkeit der Feldeffekt-Transistoren Q1 und Q4 verringert wird.

Wenn daher der Feldeffekt-Transistor Q1 weniger leitend und der Feldeffekt-Transistor Q3 stärker leitend wird, wird der Spannungspegel an der Ausgangsklemme 15 weniger positiv oder nähert sich dem Pegel an der Klemme 19. Wenn in ähnlicher Weise der Feldeffekt-Transistor Q2 stärker und der Feldeffekt-Transistor Q4 weniger

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stark leitend wird/ dann wird der Spannungspegel an der Ausgangsklernme 35 positiver, d.h. er nähert sich dem Pegel der positiven Versorgungsspannung für die Drain-Elektrode an der Klemme 12. Demgemäß erscheinen die einer Differenz entsprechenden Ausgangssignale an den Klemmen 15 bzw. 35,

Es ist ersichtlich, daß der Verstärker aufgrund seiner durch die Kreuzkopplung erhaltenen Eigenschaften eine hohe Gleichtaktunterdrückung aufweist. Wenn daher die Eingangssignale für die Klemmen 22 und 24 sich in der gleichen Richtung bewegen, dann haben die gleichen Änderungen in der Leitfähigkeit der Feldeffekt-Transistoren Q1 und Q3 und der Feldeffekt-Transistoren Q2 und Q4 die Aufhebung jeder Änderung des Spannungspegels an den Ausgangsklemmen 15 und 35 zur Folge,

Die dargestellte Schaltung zeigt eine verbesserte oder kürzere Schaltzeit als eine entsprechende Schaltung, die nur Feldeffekt-Transistoren vom Anrexcherungstyp verwendet, da die Lasttransistoren Q1 und Q2 direkt von dem Eingangssignal gesteuert werden, das den Klemmen 22 und 24 zugeführt wird. Ein positiveres Signal, das der Eingangsklemme 24 gleichzeitig mit einem weniger positiven, an die Eingangsklemme 22 angelegten Signal zugeführt wird, hat eine erhöhte Leitfähigkeit des Transistors Q2 und eine verringerte Leitfähigkeit des Transistors Q4 zur Folge, wodurch das Potential der Ausgangsklemme 35 schnell positiver wird. In ähnlicher Weise wird die Ausgangsklemme 15 rasch weniger positiv durch das gleichzeitig erfolgende Anwachsen der Leitfähigkeit von Q3 und das Verringern der Leitfähigkeit von Q1. Eine nur Feldeffekt-Transistoren vom Anrexcherungstyp verwendende Schaltung würde langsamer arbeiten, da in diesem Fall nur die Transistoren Q3 und Q4 durch das Eingangssignal gesteuert würden und der Beitrag zum Ausgangssignal aufgrund der Änderung in der Leitfähigkeit der Feldeffekt-Transistoren Q1 und Q2 eliminiert würde. Daher würde eine der beschriebenen Schaltung ähnliche Schaltung, in der nur Feldeffekt-Transistoren vom Anrexcherungstyp verwendet würden, unpraktisch sein.

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Die beschrie.bene Schaltung hat die Eigenschaft, daß sie eine Kaskadenschaltung einer Vielfalt von ähnlichen Schaltungen zu einer Kette erlaubt, wobei der Ausgang der ersten Schaltung mit dem Eingang der zweiten Schaltung verbunden wird, der Ausgang der zv/eiten Schaltung mit dem Eingang der dritten usw. Dies beruht auf der Verwendung von Feldeffekt-Transistoren vom Verarmungstyp für die Feldeffekt-Transistoren Q1 und Q2, was es gestattet, daß die Schaltung in eier vorher beschriebenen Weise arbeitet, wobei der Mittelwert der Spannungen an den eingangsklemmen 22 und 24 gleich ist dem Mittelwert eier Spannungen an den Ausgangsklemmen 15 und 35, wodurch die direkte Verbindung des Ausgangs einer Stufe mit dem Eingang der nächsten gleichen Stufe ermöglicht wird, ohne daß spezielle Pegelverschiebungsnetzwerke erforderlich sind.

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Claims

260R576

PATENTANSPRUCH

Aus Feldeffekt-Transistoren vom gleichen Kanaltyp aufgebauter Differenzverstärker, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Serienschaltungen aus je einem Feldeffekt-Transistor (Q 1 bzw. Q2) vom Verarrnungstyp und vom Anreicherungstyp (Q3 bzw.Q4) parallel geschaltet sind, daß die Gate-Elektroden der Feldeffekt-Transistoren kreuzgekoppelt und mit den Eingangsklemmen (22, 24) des Differenzverstärkers verbunden sind, dessen Ausgangsklemmen (15, 35) an die Verbindungspunkte der beiden in Serie geschalteten Feldeffekt-Transistoren angeschlossen sind.

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