DE2853019B2

DE2853019B2 - Stabilisierter Operationsverstärker

Info

Publication number: DE2853019B2
Application number: DE2853019A
Authority: DE
Inventors: Tetsuya Yokohama Iida; Chikara Kawasaki Sato; Yasoji Kanagawa Suzuki
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1977-12-07
Filing date: 1978-12-07
Publication date: 1981-05-27
Also published as: GB2010038A; DE2853019C3; GB2010038B; DE2853019A1; US4267517A

Description

Vo\ = K(IN2-IN\)+ V»,

s wobei K den Verstärkungsfaktor des Differenzverstärkers und Vu ein Wert in Abhängigkeit von der Versorgungsspannung bedeuten. Aus dieser Gleichung ergibt sich, daß ein idealer Differenzverstärker ein Ausgangssignal mit einem Gleichspannungspegel mit

ίο einem festen Wert V« liefert, wenn an den beiden Eingängen gleich große G leichspannungspegel IN 1 und IN 2 anliegen.

Der Ausgangspegel Vo ι ändert sich jedoch auch in Abhängigkeit von den Gleichspannungs-Eingangspegeln, wenn beide gleich groß sind. Der mit dem zweiten Eingang IN 2 an eine feste Bezugsspannung angeschlossene Operationsverstärker kann als lineare Verstärkerschaltung gegenüber dem ersten Eingang IN 1 betrachtet werden. Dabei hängt das Ausgangssignal Vo ι des Differenzverstärkers vom Gleichspannungspegel am Eingang IN 2. ab. Damit wird die Schwellwertspannung des Differenzverstärkers durch den vorgegebenen Gleichspannungspegel am zweiten Eingang IN2 bestimmt. Diese Schwellwertspannung wird als Ausgangspegel Vb ι des Differenzverstärkers definiert, wenn die Gleichspannungspegel an den Eingängen INi und IN2 gleich groß sind. Wünschenswert ist es hierbei, daß die Ausgangsspannung in den Bereich verstärkt wird, in welchem der dem Differenzverstärker nachgeschaltete Linearverstärker bei hoher Verstärkung arbeitet. Wenn die Schwellwertspannung des Linearverstärkers konstant ist, so liegt bei einigen Gleichspannungspegeln am Eingang IN 2 keine Übereinstimmung vom Gleichspannungspegel des Ausgangssignals Vb ι des Differenzverstärkers mit der Schwellwertspannung des Linearverstärkers vor. Dementsprechend kann der Linearverstärker eine kleine Änderung des Ausgangssignals Vb ι nicht verstärken. Das bedeutet, daß die Spannungsverstärkung des Operationsverstärkers verringert wird. Die Schwellwertspannung des nachgeschalteten Linearverstärkers hat den Wert der Eingangs- oder Ausgangsspannung, wenn die Eingangs- oder Ausgangssignale des Linearverstärkers gleich groß sind. Zur Erweiterung des Bereichs der Eingangsspannungen des Differenz-Verstärkers, d. h. des dynamischen Bereiches, ist es daher erforderlich, den Unterschied des Gleichspannungspegels des Ausgangssignals Vb ι und die Schwellwertspannung des Linearverstärkers minimal zu machen.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Operationsverstärker der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sein Ausgangssignal auch bei Schwankungen der Eingangspegel des Differenzverstärkers im wesentlichen konstant bleibt
Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebenen Merkmalen in zufriedenstellender Weise erreicht. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Operationsverstärkers sind in den Unteransprüchen angegeben.
Der erfindungsgemäße Operationsverstärker weist eine Stabilisierungsschaltung auf, die an den Differenzverstärker und den Linearverstärker angeschlossen ist welche beide aus MOS-Transistoren aufgebaut sind. Mit dieser Stabilisierungsschaltung kann der Gleichspannungspegel am Ausgang des Linearverstärkers im wesentlichen auch dann konstant gehalten werden, wenn Änderungen der Gleichspannungspegel der Eingangssignale an den beiden Eingängen des Differenzverstärkers auftreten.

Zusätzlich zu einer mit Linearverstärkung arbeitenden Stabilisierungsschaltung kann der Gleichspannungspegel an den beiden Ausgängen des Differenzverstärkers unabhängig von Änderungen der Gleichspannungspegel an den beiden Eingängen des Differenzverstärkers im wesentlichen konstant gehalten werden, wenn man eine mit Differenzverstärkung arbeitende Stabilisierungsschallung an den Differenzverstärker anschließt. Beide Stabilisierungsschaltungen tragen dazu bei, den Ausgangspegel am Ausgang des ,₀ Linearverstärkers gut zu stabilisieren.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

F i g. 1 Schaltbild einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Operationsverstärkers mit einer Stabilisierungsschaltung,

F i g. 2 ein Schaltbild einer abgewandelten Ausführungsform des Operationsverstärkers nach Fig. 1, wobei einige MOS-Transistoren durch solche vom anderen Kanaltyp ersetzt sind,

F i g. 3 ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform des Operationsverstärkers mit einer abgewandelten Stabilisierungsschaltung,

F i g. 4 ein Schaltbild einer abgewandelten Ausführungsform des Operationsverstärkers nach F i g. 3 wobei einige MOS-Transistoren durch solche vom anderen Kanaltyp ersetzt sind,

F i g. 5 ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform des Operationsverstärkers mit einer anderen Stabilisierungsschaltung,

F i g. 6 ein Schaltbild einer abgewandelten Ausführungsform der Anordnung nach F i g. 5, wobei einige MOS-Transistoren durch solche vom anderen Kanaltyp ersetzt sind,

F i g. 7 ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform des Operationsverstärkers mit einer abgewandelten Stabilisierungsschaltung und in

Fig.8 ein Schaltbild einer abgewandelten Ausführungsform der Anordnung nach F i g. 7, wobei einige MOS-Transistoren durch solche vom anderen Kanaltyp ersetzt sind.

Bei der in F i g. 1 dargestellten ersten Ausführungsform des Operationsverstärkers erkennt man eine Konstantstromquelle 1, einen Differenzverstärker 2, eine Stabilisierungsschaltung 3 mit Differenzverstärkung, eine Stabilisierungsschaltung 4 mit Linearverstärkung sowie einen Linearverstärker 5, wobei diese Schaltungen vollständig aus MOS-Transistoren aufgebaut sind.

Bei der Konstantstromquelle 1 ist ein p-Kanal-MOS-Transistor TrI mit seiner Source-Elektrode an eine erste Spannungsversorgung 6 mit einem Potential + Von mit seiner Drain-Elektrode über einen Widerstand R an eine zweite Spannungsversorgung 7 mit einem Potential — Vss angeschlossen, während seine Gate-Elektrods mit der eigenen Drain-Elektrode verbunden ist Am Verbindungspunkt zwischen Gate- und Drain-Elektroden ist eine konstante Spannung abgreifbar.

Im Differenzverstärker 2 ist ein als Konstantstromquelle dienender p-Kanal-MOS-Transistor Tr 2 mit seiner Source-Elektrode an die erste Spannungsversorgung 6 mit dem Potential + Vdd und mit seiner es Drain-Elektrode an die Source-Elektroden von p-Kanal-MOS-Transistoren Tr 3 und 7>4 angeschlossen, die eine Eingangsstufe des Differenzverstärkers 2 bilden.

Die Transistoren Tr 3 und Tr 4 sind mit ihren Drain-Elektroden über n-Kanal-MOS-Lasttransistoren 7r5 und Tr6 an die zweite Spannungsversorgung 7 mit dem Potential —Vss angeschlossen Die Gate-Elektrode des Transistors Tr 2 ist mit der Drain-Elektrode des Transistors TrI verbunden. Die Gate-Elektrode des Transistors Tr3 ist mit dem ersten Eingang IN 1 des Operationsverstärkers verbunden. Die Gate-Elektrode des Transisotrs Tr4 liegt am zweiten Eingang IN 2 des Operationsverstärkers. Die Gate-Elektroden der Transistoren Tr5 und Tr 6 sind zusarnmengeschaltet. Die beiden Ausgänge des Differemiverstärkers 2 sind in F i g. 1 mit 01 und O 2 bezeichnet.

Bei der Stabilisierungsschaltung 3 ist ein p-Kanal-MOS-Transistor Tr 7, der als Konstantstromquelle wirkt, mit seiner Source-Elektrode an die erste Spannungsversorgung 6 mit dem Potential + Vdd und mit seiner Drain-Elektrode an die Source-Elektroden von zwei p-Kanal-MOS-Transistoren TrS und Tr9 angeschlossen. Diese Transistoren Tr 8 und Tr 9 sind mit ihren Drain-Elektroden zusammengeschaltet, so daß sie den Ausgang O3 der Stabilisierungsschaltung 3 bilden. Der Ausgang O 3 ist dabei über einen als Lasttransistor arbeitenden n-Kanal-MOS-Transiistor TrIO an die zweite Spannungsversorgung 7 mit dem Potential — Vss angeschlossen. Die Gate-Elektrode· des Transistors Tr 7 ist mit der Drain-Elektrode des Transistors TrI verbunden. Die Gate-Elektrode des Transistors TrS ist mit dem zweiten Eingang IN 2 des Differenzverstärkers

2 sowie mit der Gate-Elektrode des Transistors Tr 4 verbunden. Die Gate-Elektrode des Transistors Tr9 ist an den ersten Eingang In 1 angeschlossen. Der Ausgang

03 ist mit den Gate-Elektroden der Transistoren Tr 5, Tr 6 und Tr 10 verbunden.

Bei der Stabilisierungsschaltung 4, die zur Schweilwertanpassung dient, sind zwischen die beiden Spannungsversorgungen 6 und 7 ein MOS-Lasttransistor TrIl vom p-Kanaltyp und ein MOS-Treibertransistor Tr 12 vom n-Kanaltyp in Reihe geschaltet. Die Drain-Elektrode des Transistors Tr it,d.h. der Ausgang O 4 der Stabilisierungsschaltung 4, ist dabei mit der Gate-Elektrode des Transistors TrIl verbunden. Die Gate-Elektrode des Transistors Tr 12 ist an den ersten Ausgang 01 des Differenzverstärkers 2 angeschlossen.

Im Linearverstärker 5 sind ein MOS-Lasttransistor Tr 13 vom p-Kanaltyp und ein MOS-Treibertransistor Tr 14 vom n-Kanaltyp in Reihe zwischen die beiden Spannungsversorgungen 6 und 7 geschaltet, wobei die Gate-Elektrode des Transistors Tr 13 mit dem Ausgang O 4 der Stabilisierungsschaltung 4 verbunden ist. Die Drain-Elektrode des Transistors Tr 13, also der Ausgang O 5 des Linearverstärkers 5 ist mit dem Ausgang 10 des Operationsverstärkers verbunden. Die Gate-Elektrode des Transistors Tr 14 ist mit dem zweiten Ausgang OI des Differenzverstärkers 2 verbunden.

Im Betrieb arbeitet der als Konstantstromquelle dienende Transistor Tr 2, der mit einer Gleichspannungs-Vorspannung von der Konstantstromquelle 1 versorgt wird, im Sättigungsbereich. An den ersten Eingang INX wird eine Gleichspannung mit festem Pegel angelegt Der zweite Eingang IN 2 wird mit einer Gleichspannung mit festem Pegel versorgt dem ein Wechselspannungssignal überlagert ist An den Gate-Elektroden der Lasttransistoren Tr 5 und Tr 6 liegt das Ausgangssignal der Stabilisierungsschaltung 3 als Vorspannung an. Der Einfachheit halber werden die Bezugszeichen der Eingänge und Ausgänge INi, IN 2

bzw. O 1 bis 05 nachstehend auch zur Bezeichnung der daran anliegenden Signale verwendet. Solange der Transistor 7r2im Sättieungsbereich arbeitet, bleibt der Drain-Strom des Transistors Tr 2 auf einem festen Pegel. Der Drain-Strom des Transistors 7V7 bleibt konstant, wenn der Transistor TrI im Sättigungsbereich arbeitet. Wenn sich jedcch die Gleichspannungspegel an den Eingängen IN 1 und IN 2 ändern, so ändern sich auch die Gleichspannungspegel an den Ausgängen 01 und O 2. Dabei ändern sich gleichzeitig auch der Drainstrom des Transistors Tr 7 und damit der Gleichspannungspegel am Ausgang O 3. Auf Grund dieser Änderung des Gleichspannungspegels am Ausgang O 3 werden die Gleichspannungspegel an den Ausgängen O1 und O 2 auf konstanten Werten gehalten.

Wenn die Gleichspannungspegel an den beiden Eingängen Wl und IN2 hoch sind, geht der eine Konstantstromquelle bildende Transistor Tr 2 des Differenzverstärkers 2 aus dem Sättigungsbereich heraus, so daß der Drainstrom des Transistors Tr 2 abnimmt. Infolgedessen werden die Gleichspannungspegel an den beiden Ausgängen OX und O 2 des Differenzverstärkers 2 kleiner. Aus diesem Grunde ist es wichtig, derartige Änderungen des Gleichspannungspegels an den Ausgängen Ol und O 2 zu verhindern, welche auf einer Änderung der Gleichspannungspegel an den Eingängen /Λ/l und IN 2 beruhen. Zu diesem Zweck besitzt die Stabilisierungsschaltung 3 folgende Funktion: Wenn der Drainstrom des als Konstantstromquelle arbeitenden Transistors Tr 2 des Differenzverstärkers 2 in der angegebenen Weise abnimmt, verringern sich die Gate-Spannungen an den Transistoren Tr 5 und Tr 6 um einen der Abnahme des Drainstromes entspechenden Betrag. Auf diese Weise können die Gleichspannungspegel an den Ausgängen 01 und O 2 des Differenzverstärkers 2 unabhängig von Änderungen der entsprechenden Gleichspannungspegel an den Eingängen INi und IN 2 konstant gehalten werden.

Wenn bei der Ausführungsform nach F i g. 1 die Gleichspannungspegel an den beiden Eingängen Wl und IN2 größer werden, so nehmen die Innenwiderstände der MOS-Transistoren Tr 3 und TrA ab, was zunächst zur Folge hat, daß die Drain-Spannung des MOS-Transistors Tr 2 zunimmt. Dies hat weiterhin zur Folge, daß der MOS-Transistor Tr 2 nicht im Sättigungsbereich betrieben wird, so daß der Strom des MOS-Transistors Tr 2 abnimm und die Ausgangsspannungen an den Ausgängen 01 und O 2 des Differenzverstärkers 2 kleiner werden.

Der gleiche Vorgang wie im Differenzverstärker 2 spielt sich auch in der mit Differenzverstärkung arbeitenden Stabilisierungsschaltung 3 ab. Nehmen nämlich die Gleichspannungspegel an den beiden Eingängen IN 1 bzw. IN2 zu, so nimrüt der Spannungspegel am Ausgang O 3 der Stabilisierungsschaltung 3 ab. Da jedoch der Spannungspegel vom Ausgang O 3 der Stabilisierschaltung 3 auch an den Gate-Elektroden der beiden MOS-Transistoren 7V5 und TrS anliegt, erhöhen sich die Innenwiderstände dieser beiden Transistoren Tr5 und TrS. Dies hat jedoch zur Folge, daß die Spannungspegel Ol und O 2 des Differenzverstärkers 2 wieder größer werden.

Wenn umgekehrt die Gleichspannungspegel an den beiden Eingängen IN\ bzw. /Λ/2 abnehmen, so findet der entgegengesetzte Vorgang statt, damit die Gegenregelung erfolgt. Auf diese Weise läßt sich erreichen, daß die Spannungspegel an den beiden Ausgängen O 1 und O 2 des Differenzverstärkers 2 von der Stabilisierungsschaltung 3 im wesentlichen konstant gehalten werden.

Um die vorstehend beschriebenen Funktion bei der Stabilisierungsschaltung 3 zu erreichen, können die mit g_m bezeichneten Leitwerte der Transistoren, welche den Differenzverstärker 2 und die Stabilisierungsschaltung 3 bilden, so gewählt werden, daß sie den nachstehenden

ίο Gleichungen(l)und(2)genügen:

gmi = gm*, gm5 = gmb, gmi = gm9 (1)

gml'gml '■ gmi = gmi '· gm» : gm 10/2 (2)

Dabei bedeuten g_mi bis g_m io die Leitwerte der Transistoren Tr 2 bis TrIO und haben somit dieselbe Indizierung.

Die gm-Verhältnisse können so gewählt werden, daß das Leitwertverhältnis oder g_m-Verhältnis zwischen den Transistoren Tr2 und Tr7, das gm-Verhältnis zwischen den Transistoren Tr3 und TrB und das g_m-Verhältnis von Tr 10 zur Summe der Leitwerte von Tr 5 und Tr 6 alle gleich groß sind. Bei einer solchen Wahl der Leitwertverhältr.isse nimmt der Drainstrom des als Konstantstromquelle arbeitenden Transistors Tr 7 in der Stabilisierur-^schaltung 3 in gleichem Maße ab wie der Drainstrom des Transistors 7r2 des Differenzverstärkers 2. Dementsprechend nimmt der Drainstrom des Lasttransistors Tr 10 in gleichem Maße ab. Auf diese Weise werden die Gleichspannungspegel an den Ausgängen Ol und O 2 des Differenzverstärkers 2 unabhängig von Änderungen der Gleichspannungspegel an den Eingängen Wl und IN 2 auf einem festen Wert gehalten.
Nachstehend soll die Stabilisierungsschaltung 4 näher erläutert werden. Wenn bei einer Schaltung nach F i g. 1 die Gleichspannungspegel an den beiden Eingängen Wl bzw. W2 größer werden, so nehmen die Innenwiderstände der beiden MOS-Transistoren 7V3 und 7? 4 zu, was zur Folge hat, daß die Drain-Spannung des MOS-Transistors Tr2 zunimmt. Infolgedessen werden die Ausgangsspannungen an den beiden Ausgängen Ol und O 2 des Differenzverstärkers 2 kleinen Da der Innenwiderstand des MOS-Transistors Tr 14 bei einer Abnahme des Spannungspegels am Ausgang O 2 des Differenzverstärkers 2 zunimmt, steigt der Spannungspegel am Ausgang O5 an.

Da aber andererseits der Spannungspegel am Ausgang Ol des Differenzverstärkers 2 abnimmt, nimmt der Innenwiderstand des MOS-Transistors Tr 12 zu, und der Pegel am Ausgang O 4 der Stabilisierungsschaltung 4 steigt an. Mit einer Zunahme des Spannungspegels am Ausgang O 4 der Stabilisierungsschaltung 4 ist eine Zunahme des Innenwiderstandes des MOS-Transistors Tr 13 verbunden. Das bedeutet, daß die Innenwiderstände der MOS-Transistoren Tr 13 und Tr 14 in Abhängigkeit von einer Zunahme der Gleichspannungspegel an den beiden Eingängen IN 1 und IN 2 gleichzeitig größer werden. Wenn die Gleichspannungspegel an den beiden Eingängen //Vl und W 2 kleiner werden, so läuft der umgekehrte Vorgang ab. Dies hat zur Folge, daß der Ausgang O 5 des Linearverstärkers 5 unabhängig von Schwankungen bei den Gleichspannungspegeln der beiden Eingänge /Nl und IN 2 im wesentlichen konstant gehalten

b5 werden kann.

Mit der Stabilisierungsschaltung 4 können somii Abweichungen zwischen der Schwellwertspannung des Linearverstärkers 5 und den Ausgangsspannungen de;

Differenzverstärkers 2 unabhängig von den Gleichspannungspegeln an den Ausgängen 01 und O 2 ausgeräumt werden, denn das Ausgangssignal am Ausgang 04 der Stabilisierungssehaltung liegt als Vorspannung an der Gate-Elektrode des Transistors Tr 13, so daß der Ausgang O 5 des LinearverstJrkers bzw. der Ausgang 10 des Operationsverstärkers auf konstantem Pegel gehalten werden kann.

In diesem Fall ist das Leitwertverhäitnis oder jvVehältnis zwischen den Transistoren TrIl bis Tr 14 so gewählt, daß folgende Gleichung erfüllt ist:

gm 11 : gm η = gmW- gm 14

wobei g_m 11 bis g„, μ die Leitwerte der Transistoren Tr 11 bis Tr 14 bedeuten.

Mit anderen Worten, es muß das ^m-Veirhältnis der Transistoren TrIl und Tr 13 gleich dem ^„,-Verhältnis der Treibertransistoren Tr 12 und 7>14 sein. Hierbei muß die Bedingung erfüllt sein, daß der Gleichspannungspegel am Ausgang Ol gleich dem Pegel am Ausgang O 2 ist. Diese Bedingung ist jedoch solange erfüllt, wie die symmetrische Konstruktion des Differenzverstärkers vorhanden ist, da die Ausgänge O 1 und O 2 die Ausgänge des Differenzverstärkers 2 darstellen. Somit läßt sich der Gleichspannungspegel am Ausgang 10 unabhängig von den Gleichspannungspegeln an den beiden Eingängen IN 1 und IN 2 des Operationsverstärkers auf einem konstanten Wert halten.

Der Operationsverstärker gemäß F i g. 1 bietet somit eine ganze Reihe von Vorteilen, denn es kann der Gleichspannungspegel am Ausgang des Operationsverstärkers konstant gehalten werden, Probleme durch thermisches Driften treten nicht auf, es kann mit sehr kleinen Vorspannungen an den Eingängen gearbeitet werden, und der Schaltungsaufbau läßt sich gut als integrierte Schaltung unter Verwendung von komplementären MOS-Transistoren herstellen. Dabei genügen niedrige Spannungen in der Größenordnung von 5 Volt. Da der Operationsverstärker zwei Verstärkerstufen aufweist, nämlich einen Differenzverstärker und einen Linearverstärker, besteht keine Möglichkeit von Schwingungseffekten auf Grund einer Phasennacheilung des Ausgangssignals des Operationsverstärkers gegenüber seinen Eingangssignalen. Eine derartige Schwingung tritt auf, wenn die Phasen verzögerung 180° und der Verstärkungsfaktor 1 oder mehr betragen. Da die maximale Phasenverzögerung von einer Stufe des Verstärkers 90° beträgt, können zwei Verstärkerstufen die Bedingung für eine solche Schwingung nicht erfüllen.

F i g. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform des Operationsverstärkers, wobei sich die verwendeten MOS-Transistoren von denen nach F i g. 1 bezüglich ihres Kanaltyps unterschieden. Die Arbeitsweise des Operationsverstärkers nach Fig. 2 entspricht im wesentlichen der der Anordnung nach Fi g. 1. Infolgedessen sind die entsprechenden MOS-Transistoren mit denselben Bezugszeichen versehen, während eine nähere Erläuterung des Ausführungsbeispiels in Fig. 2 entbehrlich erscheint. Die Transistoren bei der Ausführungsform nach Fig. 2 arbeiten in anderen Betriebszeichen als die Transistoren des Operationsverstärkers nach Fig. 1, so daß die Operationsverstärker nach Fig. 1 bzw. Fig.2 für unterschiedliche Einsatzzwecke verwendet werden können.

Die Ausführungsform des Operationsverstärkers nach Fig. 3 entspricht dem Operationsverstärker gemäß Fig. 1, enthält jedoch keine Stabilisierungsschaltung 3, vielmehr wird das Ausgangssignal am Ausgang 05 des Linearverstärkers 5 nur durch die Stabilisierungsschaltung 4 stabilisiert. Bei dem Aufbau nach Fig.3 wird eine Spiegelschaltung verwendet, bei der die Gate- und Drain-Elektroden des Lasttransistors Tr 5 des Differenzverstärkers 2 zusammengeschaltet und das Potential am Verbindungspunkt an die Gate-Elektrode des Lasttransistors 7r6 angelegt ist. Durch die Anordnung der Spiegelschaltung wird die Spannungsverstärkung des Differenzverstärkers 2 im Vergleich zum Operationsverstärker nach Fig. 1 um etwa 1OdB verbessert. Die grundsätzliche Arbeitsweise der Stabilisierungsschaltung 4 ist die gleiche wie bei der Stabilisierungsschaltung in Fig. 1, so daß eine nähere Erläuterung entbehrlich erscheint.

Die Ausführungsform nach Fig.4 entspricht im wesentlichen der Ausführungsform des Operationsverstärkers nach Fig. 3, enthält jedoch MOS-Transistoren von einem anderen Kanaltyp, die jedoch mit denselben Bezugszeichen wie in Fig.3 bezeichnet sind. Die Transistoren bei den Ausführungsformen nach Fig.3 und F i g. 4 unterschieden sich ebenfalls hinsichtlich ihrer Betriebsbereiche, so daß die beiden dargestellten Operationsverstärker für unterschiedliche Einsatzzwekke verwendet werden können.

Die Ausführungsform nach F i g. 5 entspricht in ihren Grundzügen dem Operationsverstärker nach Fig. 1 wobei jedoch die Stabilisierungsschaltung 4 weggelassen ist und das Ausgangssignal am Ausgang 05 des Linearverstärkers 5 nur mit der Stabilisierungsschaltung 3 stabilisiert wird. Eine solche Ausführungsform erweist sich für bestimmte Anwendungszwecke als vorteilhaft. Bei der Ausführungsform nach F i g. 5 wird die Vorspannung für die Gate-Elektrode des Lasttransistors Tr 13 im Linearverstärker 5 von der Drain-Elektrode des Transistors Tr 1 der Konstantenstromquelle 1 geliefert. Im Vergleich zu den Ausführungsformen nach Fig. 1 und 3 ist es bei der Ausführungsform gemäß Fig.5 schwierig, die Schwellwertspannung des Differenzverstärkers 2 an die des Linearverstärkers 5 anzupassen. Aus diesem Grunde besteht die Möglichkeit, daß die Verschiebespannung auf Grund einer Änderung der Spannungspegel an den Eingängen IN 1 und IN2 zunimmt. Die Ausführungsform nach Fig. 5 hat jedoch einen einfachen Schaltungsaufbau, bei dem die Ausgangsspannung am Ausgang O 5 bis zu einem gewissen Grad stabilisiert ist, so daß sich diese Ausführungsform für bestimmte Sonderfälle als zufriedenstellend erweist.
Die Ausführungsform nach Fig.6 entspricht im wesentlichen der Ausführungsform nach F i g. 5, enthält jedoch MOS-Transistoren vom anderen Kanaltyp. Die Transistoren sind dabei mit denselben Bezugszeichen wie in F i g. 5 bezeichnet. Hinsichtlich der Betriebsbereiche unterscheiden sich die MOS-Transistoren bei den Ausführungsformen nach F i g. 5 und 6 voneinander, so daß die Operationsverstärker für unterschiedliche Zwecke eingesetzt werden können.

Die Ausführungsform nach F i g. 7 ist so ausgelegt daß die Schwellwertspannung V,/, des Linearverstärkers 5 dem Gleichspannungspegel des Ausgangssignals des Differenzverstärkers 2 vergleichbar wird. Bei dieser Ausführungsform ist die Stabilität der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers gegenüber Änderungen an seinen Eingängen dadurch realisiert, daß die Schwellwertspannung V,/, des Linearverstärkers 5 dem Gleichspannungspegel der Ausgangsspannungen des Differenzverstärkers 2 folgt.
Bei der Ausführungsform nach F i g. 7 wird das zweite

Ausgangssignal am Ausgang Oi des Differenzverstärkers 2 mit den Eingängen /Nl und IN 2 durch den Linearverstärker 5 verstärkt. Sein Ausgangssignal am Ausgang O 8 wird über eine Pufferschaltung 8 an den Ausgang 10 des Operationsverstärkers gegeben. Eine Stabilisierungsschaltung 4 zum Kompensieren der Schwellwertspannung V₁/, des Linearverstärkers 5 dient als Linearverstärker zur Verstärkung der Eingangssignale an den Eingängen IN 1 und IN 2. Das Ausgangssignal am Ausgang O 6 der Stabilisierungsschaltung 4 stellt die Schwellwertspannung V₁/, des Linearverstärkers 5 ein, um einen Betrieb des Operationsverstärkers mit festem Verstärkungsfaktor unabhängig von Änderungen der Eingangssignale an den Eingängen IN 1 und IN 2 zu gewänrleisten.

Sämtliche Transistoren bei der Ausführungsform nach F i g. 7 sind vom Anreicherungstyp und können in integrierter Schaltungstechnik auf einem einzigen Substrai ausgebildet werden. Eine Konstantstromquelle 1 besteht aus einem p-Kanal-MOS-Transistor Tr 21 und einem n-Kanal-MOS-Transistor 77 22, die im Sättigungsbereich arbeiten und zwischen einer ersten Spannungsversorgung 6 mit dem Potential + Vdd und einer zweiten Spannungsversorgung 7 mit dem Potential — V,_s in Reihe geschaltet sind. Die Gate-Elektrode des Transistors Tr22 ist an die erste Spannungsversorgung 6 angeschlossen, während die Gate-Elektrode des Transistors 7721 mit der Drain-Elektrode des Transistors Tr 22 verbunden ist. Von der Drain-Elektrode wird eine konstante Spannung abgegriffen.

Im Differenzverstärker 2 ist zwischen die beiden Spannungsversorgungen 6 und 7 eine Reihenschaltung aus einem p-Kanal-MOS-Transistor Tr23 für eine Konstantstromversorgung, einem p-Kanal-MOS-Transistor Tr24, einem n-Kanal-MOS-Transistor 7726 und einem n-Kanal-MOS-Lasttransistor Tr 28 dazwischengeschaltet. Eine weitere Reihenschaltung aus einem p-Kanal-MOS-Transistor 7725 sowie n-Kanal-MOS-Lasttransistoren Tr 27 und Tr 29 ist zwischen die Drain-Elektrode des Transistors Tr 23 und die zweite Spannungsversorgung 7 dazwischengeschaltet. Die Gate-Elektrode des Transistors 7723 ist mit der Drain-Elektrode des Transistors Tr21 verbunden. Ferner besteht eine durchgehende Verbindung zwischen der Gate-Elektrode des Transistors Tr 24 und dem ersten Eingang INi sowie zwischen der Gate-Elektrode des Transistors Tr 25 und dem Eingang IN 2. Die Gate-Elektroden der Transistoren Tr 26 bis Tr 29 sind alle zusammen an die Drain-Elektrode des Transistors 7724 und damit an den ersten Ausgang 01 des Differenzverstärkers 2 angeschlossen.

In der Stabilisierungsschaltung 4 für den Linearverstärker 5 umfaßt eine zwischen die beiden Spannungsversorgungen 6 und 7 geschaltete Reihenschaltung einen p-Kanal-MOS-Transistor Tr30 für die Konstantstromversorgung, parallelgeschaltete MOS-Transistoren 7731 und 7732 vom n-Kanaltyp sowie einen MOS-Lasttransistor 7733 vom n-Kanaltyp, der im Sättigungsbereich arbeitet. Direkte Verbindung sind jeweils zwischen der Gate-Elektrode des Transistors Tr 30 und der Drain-Elektrode des Transistors Tr 21, zwischen der Gate-Elektrode des Transistors 7731 und dem zweiten Eingang IN2 zwischen der Gate-Elektrode des Transistors Tr 32 und dem ersten Eingang IN I₁ den Substraten der Transistoren 77*31 und Tr32 sowie ihren Source-Elektroden, sowie zwischen der Gate-Elektrode des Transistors Tr33 und dem ersten Ausgang 01 des Differenzverstärkers 2 vorhanden.

Der Linearverstärker 5 besteht aus einer ersten Verstärkerstufe 51 und einer zweiten Verstärkerstufe 52. In der ersten Verstärkerstufe 51 sind ein p-Kanal-MOS-Transistor Tr35 zur SignalveiStärkung und ein MOS-Transistor Tr34 zur Konstantstromversorguiig in Reihe zwischen die erste Spannungsversorgung 6 und den Ausgang O 7 der ersten Verstärkerstufe 51 geschaltet. Ein n-Kanal-MOS-Lasttransistor 7737 und ein weiterer n-Kanal-MOS-Lasttransistor 7737 und ein weherer n-Kanal-MOS-Transistor 773 zur Signalverstärkung sind zwischen die zweite Spannungsversorgung 7 und den Ausgang O 7 in Reihe geschaltet. Die Gate-Elektrode des Transistors Tr34 ist dabei mit der Drain-Elektrode des Transistors 7721 verbunden. Die Gate-Elektroden der Transistoren Tr35 und 7736 sind gemeinsam an den zweiten Ausgang O 2 des Differenzverstärkers 2 angeschlossen. Die Gate-Elektrode des Transistoren 7737 ist mit dem Ausgang O6 der Stabilisierungsschaltung 4 verbunden. In der zweiten Verstärkerstufe 52 umfaßt eine Reihenschaltung zwischen der ersten Spannungsversorgung 6 und dem Ausgang OS der zweiten Verstärkerstufe 52 einen p-Kanal-MOS-Transistor Tr38 zur Konstantstromversorgung sowie einen p-Kanal-MOS-Transistor 7739.

Eine weitere Reihenschaltung aus einem n-Kanal-MOS-Lasttransistor 7741 und einem weiteren, zur Verstärkung dienenden MOS-Transistor Tr40 vom r-Kanaltyp ist zwischen die zweite Spannungsversorgung 7 und den Ausgang O 8 der zweiten Verstärkerstufe 52 geschaltet.

Die Gate-Elektroden der Transistoren Tr 38 und 7734 sind zusammengeschaltet und mit den Gate-Elektroden der Transistoren 7721, 7723 und 7730 verbunden. Die Gate-Elektroden der Transistoren Tr39 und 7740 sind ebenfalls zusammengeschaltet und an den Ausgang O 7

is der ersten Verstärkerstufe 51 angeschlossen. Die Gate-Elektrode des Transistors Tr 41 ist mit dem Ausgang O 6 der Stabilisierungsschaltung 4 verbunden.

In der Pufferschaltung 8 sind zwischen der ersten

Spannungsversorgung 6 und der zweiten Spannungs-Versorgung 7 ein p-Kanal-MOS-Transistor 7742 und ein n-Kanal-MOS-Transistors 7743 in Reihe geschaltet. Diese Transistoren Tr42 und Tr 43 sind mit ihren Gate-Elekloden an den Ausgang 08 der Verstärkerstufe 52 und mit ihren Drain-Elektroden an die zum Ausgang 10 des Operationsverstärkers führenden Ausgang O 9 der Pufferschaltung 8 angeschlossen.

Im Differenzverstärker 2 ist der Leitwert g_m jedes Transistors 7724 und 7725 in der Eingangsstufe groß, während die entsprechenden Leitwerte der Lasttransistören Tr 26 bis 7729 klein sind, um den Verstärkungsfaktor des Differenzverstärkers 2 zu erhöhen. Außerdem wird das Gleichtaktunterdrückungsverhältnis des Differentialverstärkers 2 dadurch verbessert, daß das Drain-Potential des Transistors 7726 an die Gate-Elektroden der Transistoren Tr 26 bis 7729 angelegt ist. Wenn beim Differenzverstärker 2 die Gleichspannungspegel an den Eingängen IN 1 und IN 2 gleich groß sind, und diese Gleichspannungspegel am Eingang gemeinsam ansteigen, nähern sich die Transistoren 7724 und 7725 dem Sperr- bzw. Abschaltpunkt. Infolgedessen nimmt das Drain-Potential des Transistors 7726 ab. Die Transistoren 7726 bis 7729 gehen somit in den Sperrzustand über, so daß das Drain-Potential, also das Potential am zweiten Ausgang O 2, praktisch konstant bleibt.

Nachstehend soll die Wirkungsweise der Stabilisierungsschaltung 4 zum Kompensieren der Schwellwertspannung V,h näher erläutert werden. Die Gleichspan-

nung am zweiten Eingang IN 2 wird dabei als Bezugsspannung verwendet. Es wird angenommen, daß die Gleichspannungspegel an den beiden Eingängen //Vl und IN 2 jeweils gleich groß sind. Wenn unter dieser Bedingung die Gleichspannung fm zweiten Eingang IN 2 ansteigt, nimmt das Ausgangssignal am zweiten Ausgang O 2 des Differenzverstärkers 2 ab. Damit wird der Gleichspannungspegel der Vorspannung am Ausgang O 2 zur Verstärkerstufe 51 des Linearverstärkers 5 verringert. Infolgedessen arbeitet die Verstärksrstufe 51 in dem Bereich, in welchem ein maximaler Verstärkungsgrad erreicht wird. Wenn also der Gleichspannungspegel am zweiten Eingang IN 2 ansteigt (wobei die Gleichspannungspegel der ersten und zweiten Eingänge gleich groß sind), steigt das Drain-Potential des Transistors Tr33 um einen Betrag, der der Zunahme des zweiten Eingangsspannungspegels entspricht. Das bedeutet, daß sich der Einschaltwicierstand des Transistors Tr 37 verringert bzw. sein Leitwert g_m erhöht. Unter diesen Voraussetzungen verringert sich also die Schwellwertspannung des Linearverstärkers 5. Dabei arbeiten die Transistoren Tr 24 und Tr 25 in der Nähe des Sperr- bzw. Abschaltpunktes, so daß auch die Eingangsvorspannung am Ausgang 02 zur Verstärkerstufe 51 geringer wird. Die Verstärkerstufe 51 kann somit das Eingangssignal am Punkt 02 mit maximalem Verstärkungsgrad verstärken. Die nachgeschaltete lineare Verstärk erstufe 52 wird auf ähnliche Weise gesteuert, so daß sie das Ausgangssignal am Ausgang O 7 der Verstärkerstufe 51 mit maximalem Verstärkungsfaktor verstärkt.

Die zur Verringerung der Ausgangsimpedanz dienende Pufferschaltung 8 nimmt das Ausgangssignal am Ausgang O 8 der Verstärkerstufe 52 ab und liefert ein Ausgangssignal am Ausgang O 9. Die Pufferschaltung 8 arbeitet zufriedenstellend mit einem Verstärkungsfaktor von 1 oder mehr.

Der in der Konstantstromquelle 1 verwendete Transistor 7?21 legt das Drain-Potential mit festem Pegel an die Gate-Elektroden der Transistoren 7>23, Γ/-30, 7r34 und 7>38, so daß die durch diese Transistoren fließenden Ströme unabhängig von Änderungen der Schwellwertspannungen der Transistoren im wesentlichen konstant gehalten werden. Auf diese Weise wird eine Änderung der Schwellwertspannung K₁/, dieser Transistoren korrigiert.

Die weitere Ausführungsform gemäß F i g. 8 entspricht im wesentlichen der Anordnung nach Fig.7, verwendet jedoch p-Kanal-MOS-Transistoren 7>31 und 7?32 anstelle der n-Kanal-MOS-Transistoren 7r31 und 7>32 bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform. Die entsprechenden Transistoren sind dabei mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Auf Grund dieser geringfügigen Änderung werden die Transistoren Tr 36 und 7V37 durch die Transistoren Tr 40 und Tr 41 ersetzt. Die Ausgänge Ol und OS der linearen Verstärkerstufen 51 und 52 sind an die Source-Elektroden der Transistoren Tr37 bzw. 7V41 angeschlossen. Bei dieser Ausführungsform nach F i g. 8 werden die gleichen Wirkungen erzielt, wie bei der Ausführungsform nach Fig. 7, so daß eine nähere Erläuterung entbehrlich erscheint.

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Stabilisierter Operationsverstärker, mit einem Differenzverstärker mit ersten und zweiten MOS-Transistoren, deren Source-Elektroden über eine Stromquelle mit einer ersten Spannungsversorgung verbunden sind, deren Drain-Elektroden über entsprechende Lasten mit einer zweiten Spannungsversorgung verbunden sind und deren Gate- Elektro- ι ο den an erste bzw. zweite Eingänge angeschlossen sind, und mit einem zwischen die beiden Spannungsversorgungen geschalteten Linearverstärker, der erste und zweite, gleichstrommäßig in Reihe geschaltete MOS-Transistoren aufweist, wobei die Gate-Elektrode des ersten MOS-Transistors das Ausgangssignal des Differenzverstärkers zur Verstärkung erhält und der zweite MOS-Transistor die Last d.-:s ersten MOS-Transistors bildet, dadurch gekennzeichnet, daß der Operationsverstärker eine Stabilisierungsschaltung (4) mit mindestens einem MOS-Transistor (Tr 12) aufweist, ein erstes Ausgangssignal (Oi) vom Differenzverstärker (2) erhält und sein Ausgangssignal (O 4) der Gate-Elektrode des zweiten MOS Transistors (Tr 13) des Linearverstärkers (5) zuführt, daß der erste MOS-Transistor (Tr 14) des Linearverstärkers (5) ein zweites Ausgangssignal (O 2) vom Differenzverstärker (2) erhält, wobei die Schwellwertspannung des Linearverstärkers (5) an den Ausgangspegel des Differenzverstärkers (2) angepaßt gesteuert ist und der Linearverstärker (5) bei höchster Verstärkung betrieben wird, derart, daß der Gleichspannungspegel am Ausgang (O5) des Linearverstärkers (5) unabhängig von Schwankungen der Gleichspan- J5 nungspegel an den ersten und zweiten Eingängen (IN 1, IN 2) stabilisiert ist (F i g. 1).

2. Operationsverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Konstantstromquelle (1) mit einem ersten p-Kanal-MOS-Transistor (TrY) vorgesehen ist, dessen Source-Elektrode an die erste Spannungsversorgung (6) und dessen Drain-Elektrode an seine eigene Gate-Elektrode und an die weitere Spannungsversorgung (7) angeschlossen ist, daß der Differenzverstärker (2) zur Konstantstrom-Versorgung einen zweiten p-Kanal-MOS-Transistor (Tr2), dessen Source-Elektrode mit der ersten Spannungsversorgung (6) und dessen Gate-Elektrode mit der Drain-Elektrode des ersten MOS-Transistors (Tr \) verbunden ist, einen dritten p-Kanal-MOS-Verstärkungstransistor (Tr3), dessen Source-Elektrode mit der Drain-Elektrode des zweiten MOS-Transistors (Tr2) und dessen Gate-Elektrode mit dem ersten Eingang (IN 1) verbunden ist, einen vierten p-Kanal-MOS-Verstärkungstransistor (TrA) dessen Source-Elektrode mit der Drain-Elektrode des zweiten MOS-Transistors (Tr 2) und dessen Gate-Elektrode mit dem zweiten Eingang (IN 2) verbunden ist, einen fünften n-Kanal-MOS-Lasttransistor (TrS)₁ der zwischen die Drain-Elektrode des dritten Transistors (Tr 3) und die zweite Spannungsversorgung (7) geschaltet und dessen Drain-Elektrode an seine eigene Gate-Elektrode angeschlossen ist, und einen sechsten n-Kanal-MOS-Lasttransistor (Tr 6) aufweist, der zwischen die Drain-Elektrode des vierten Transistors (Tr4) und die zweite Spannungsversorgung (7) geschaltet und dessen Gate-Elektrode mit der Gate-Elektrode des fünften Transistors (Tr 5) verbunden ist, daß die Stabilisierungsschaltung (4) einen siebenten p-Kanal-MOS-Lasttransistor (TrIi), der zwischen die erste Spannungsversorgung (6) und den Ausgang (O 4) der Stabilisierungsschaltung (4) geschaltet und dessen Drain-Elektrode an seine Gate-Elektrode angeschlossen ist,

sowie einen achten n-Kanal-MOS-Treibertransistor (Tr 12) aufweist, der zwischen den Ausgang (O 4) und die zweite Spannungsversorgung (7) geschaltet und dessen Gate-Elektrode mit dem ersten Ausgang (01) des Differenzverstärkers (2) verbunden ist, und daß der Linearverstärker (5) einen neunten p-Kanal-MOS-Lasttransistor (Tr 13), der zwischen die erste Spannungsversorgung (6) und den Ausgang (O 5) des Linearverstärkers (5) geschaltet und dessen Gate-Elektrode mit dem Ausgang (O4) der Stabilisierungsschaltung (4) verbunden ist, sowie einen zehnten p-Kanal-MOS-Treibertransistor (Tr 14) aufweist, der zwischen die zweite Spannungsversorgung (7) und den Ausgang (O 5) des Linearverstärkers (5) geschaltet und dessen Gate-Elektrode an den zweiten Ausgang (O 2) des Differenzverstärkers (2) angeschlossen ist (F i g. 3).

3. Operationsverstärker nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß eine Konstantstromquelle (1) mit einem ersten n-Kanal-MOS-Transistor (TrX) vorgesehen ist, dessen Source-Elektrode mit der zweiten Spannungsversorgung (7) und dessen Drain-Elektrode mit seiner eigenen Gate-Elektrode verbunden ist,

daß der Differenzverstärker (2) zur Konstantstromversorgung einen zweiten n-Kanal-MOS-Transistor (Tr2), dessen Source-Elektrode mit der zweiten Spannungsversorgung (7) und dessen Gate-Elektrode mit der Drain-Elektrode des ersten MOS-Transistors (Tr 1) verbunden ist,

einen dritten n-Kanal-MOS-Verstärkungstransistor (Tr3), dessen Source-Elektrode mit der Drain-Elektrode des zweiten MOS-Transistors (Tr 2) und dessen Gate-Elektrode mit dem ersten Eingang (IN i) verbunden ist,

einen vierten p-Kanal-MOS-Verstärkungstransistors (Tr4), dessen Source-Elektrode mit der Drain-Elektrode des zweiten MOS-Transistors (Tr 2) und dessen Gate-Elektrode mit dem zweiten Eingang (IN 2) verbunden ist,
einen fünften p-Kanal-MOS-Lasttransistors (Tr5), der zwischen die Drain-Elektrode des dritten Transistors (Tr 3) und die erste Spannungsversorgung (6) geschaltet und dessen Drain-Elektrode mit seiner Gate-Elektrode verbunden ist, sowie einen sechsten n-Kanal-MOS-Lasttransistor (Tr 6) aufweist, der zwischen die Drain-Elektrode des vierten Transistors (Tr 4) und die erste Spannungsversorgung (6) geschaltet und dessen Gate-Elektrode an die Gate-Elektrode des fünften Transistors (Tr 5) angeschlossen ist, daß die Stabilisierungsschaltung (4) mit Linearverstärkung arbeitet und einen siebenten n-Kanal-MOS-Lasttransistor (Tr 11), der zwischen die zweite Spannungsversorgung (7) und den Ausgang (O4) der Stabilisierungsschaltung (4) geschaltet und dessen Drain-Elektrode an seine Gate-Elektrode angeschlossen ist,
sowie einen achten p-Kanal-MOS-Treibertransistor

(Tr 12) aufweist, der zwischen den Ausgang (OA) und die erste Spannungsversorgung (6) geschaltet und dessen Gate-Elektrode an den ersten Ausgang (01) des Differenzverstärkers (2) angeschlossen ist, und daß der Linearverstärker (5) einen neunten n-Kanal-MOS-Lasttransistor (TrU), der zwischen die zweite Spannungsversorgung (7) und den Ausgang (05) des Linearverstärkers (5) geschaltet und dessen Gate-Elektrode mit dem Ausgang (O 4) der Stabilisierungsschaltung (4) verbunden isi, ι ο

sowie einen zehnten p-Kanal-MOS-Treibertransistor (Tr 14) aufweist, der zwischen die Spannungsversorgung (6) und den Ausgang (O 5) des Linearverstärkers (5) geschaltet und dessen Gate-Elektrode mit dem zweiten Ausgang (O 2) des Differenzverstärkers (2) verbunden ist (F i g. 4).

4. Operationsverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Konstantstromquelle (1) mit einem ersten p-Kanal-MOS-Transistor (Tr2\) vorgesehen ist, dessen Source-Elektrode mit der ersten Spannungsversorgung (6) und dessen Drain-Elektrode mit seiner Gate-Elektrode verbunden ist,
daß der Differenzverstärker (2) zur Konstantstromversorgung einen dritten p-Kanal-MOS-Transistor (TrH) dessen Source-Elektrode mit der ersten Spannungsversorgung (6) und dessen Gate-Elektrode mit der Drain-Elektrode des ersten Transistors (Tr2\) verbunden ist,

einen vierten p-Kanal-MOS-Verstärkungstransistor (Tr24), dessen Source-Elektrode mit der Drain-Elektrode des dritten Transistors (Tr 23) und dessen Gate-Elektrode mit dem ersten Eingang (INi) verbunden ist,

einen fünften n-Kanal-MOS-Verstärkungstransistor (Tr25), dessen Source-Elektrode mit der Drain-Elektrode des dritten-Transistors (Tr 23) und dessen üate-Elektrode mit dem zweiten Eingang (IN2) verbunden ist,

einen sechsten und einen achten n-Kanal-MOS-Lasttransistor (Tr26, Tr28), die zwischen die Drain-Elektrode des vierten Transistors (Tr 24) und die zweite Spannungsversorgung (7) in Reihe geschaltet sind,

sowie einen siebenten und einen neunten n-Kanal-MOS-Lasttransistor (Tr 27, Tr 29) aufweist, die zwischen die Drain-Elektrode des fünften Transistors (Tr 25) und die zweite Spannungsversorgung (7) in Reihe geschaltet sind, und wobei die Gate-Elektroden der sechsten bis neunten Transistoren (Tr 26, Tr 27, Tr 28, Tr 29) gemeinsam an den ersten Ausgang (01) des Differenzverstärkers (2) angeschlossen sind,

daß die Stabilisierungsschaltung (4) mit Linearverstärkung arbeitet und zur Konstantstromversorgung einen zehnten p-Kanal-MOS-Transistor (Tr30), dessen Source-Elektrode mit der ersten Spannungsversorgung (6) und dessen Gate-Elektrode mit der Drain-Elektrode des ersten Transistors (Tr 21) verbunden ist,

einen elften n-Kanal-MOS-Transistor (Tr3\\ der zwischen die Drain-Elektrode des zehnten Transistors (Tr 30) und den Ausgang (O 6) der Stabilisierungsschaltung (4) geschaltet und dessen Gate Elektrode mit dem zweiten Eingang (IN 2) verbunden ist, während seine Drain-Elektrode am Ausgang (O6) der Stabilisierungsschaltung (4) liegt,
einen zwölften n-Kanal-MOS-Transistor (Tr 32), der zwischen die Drain-Elektrode des zehnten Transistors (Tr 30) und den Ausgang (Ό6) geschaltet, mit seiner Gate-Elektrode an den ersten Eingang (IN 1) angeschlossen und dessen Drain-Elektrode mit dem Ausgang (Ό6) der Stabüisierungsschaltung (4) verbunden ist,

sowie einen dreizehnten n-IICanal-MOS-Lasttransistor (Tr33) aufweist, der zwischen den Ausgang (O 6) und die zweite Spannungsversorgung (7) geschaltet und dessen Gateelektrode mit dem ersten Ausgang (01) des Differenzverstärkers (2) verbunden ist

und daß der Linearverstärker (5) zwei Verstärkerstufen (51, 52) aufweist, von denen die erste Verstärkerstufen (51) zur Konscantstromversorgung einen vierzehnten p-Kanal-MOS-Transistor (Tr34), dessen Source-Elektrode mit der ersten Spannungsversorgung (6) und dessen Gaue-Elektrode mit der Drain-Elektrode des ersten Transistors (Tr2i) verbunden ist,

einen fünfzehnten p-Kanal-MOS-Verstärkungstransistor (Tr35), der zwischen die Drain-Elektrode des vierzehnten Transistors (Tr 34) und den Ausgang (O7) der ersten Verstärkerstufe (51) geschaltet und dessen Gate-Elektrode mit dem zweiten Ausgang (O 2) des Differenzverstärkers (2) verbunden ist,
einen sechzehnten n-Kanal-MOS-Verstärkungstransistor (Tr36), dessen Drain-Hlektrode mit dem Ausgang (O 7) der ersten Verstärkerstufe (51) verbunden und dessen Gate Elektrode an den zweiten Ausgang (O2) des Differenzverstärkers (2) angeschlossen ist,

und einen siebzehnten MOS-Transistor (Tr37) aufweist, der zwischen die Source-Elektrode des sechzehnten Transistors (TrM) und die zweite Spannungsversorgung (7) geschaltet und dessen Gate-Elektrode mit dem Ausgang (O6) der Stabüisierungsschaltung (4) verbunden ist,
während die zweite Verstärkerstufe (52) zur Konstantstromversorgung einen achtzehnten p-Kanal-MOS-Transistor (Tr 38), dessen Source-Elektrode mit der ersten Spannungsversorgung (6) und dessen Gate-Elektrode mit der Drain-Elektrode des ersten Transistors (Tr 21) verbunden ist,
einen neunzehnten MOS-Verstärkungstransistors (Tr 39), der ?wischen die Drain-Elektrode und den achtzehnten Transistor (Tr 318) und den Ausgang (OS) der zweiten Verstärkerstufe (52) geschaltet und dessen Gate-Elektrode mit dem Ausgang (O7) der ersten Verstärkerstufe (51) verbunden ist,
einen zwanzigsten MOS-Verstärkungstransistor (Tr4Q), dessen Drain-Elektrode mit dem Ausgang (OS) der zweiten VerstärkersUife (52) und dessen Gate-Elektrode mit dem Ausgang (O 7) der ersten Verstärkerstufe (51) verbunden ist,
und einen einundzwanzigsten n-Kanal-MOS-Lasttransistor (Tr4\) aufweist, der zwischen die Source-Elektrode des zwanzigsten Transistors (Tr 40) und die zweite Spannungsversorgung (7) geschaltet und dessen Gate-Elektrode mit dem Ausgang (O%) der Stabüisierungsschaltung (4) verbunden ist (F i g. 7).

5. Operationsverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Konstantstromquelle (1) mit einem ersten p-Kanal-MOS-Transistor (Tr21) vorgesehen ist, dessen Source-Elektrode mit der ersten Spannungsversorgung (6) und dessen Drainelektrode mit seiner eigenen Gate-Elektrode verbunden ist,
daß der Differenzverstärker (Tt ;:ur Konstantstrom-

Versorgung einen dritten p-Kanal-MOS-Transistor (Tr23), dessen Source-Elektrode mit der ersten Spannungsversorgung (6) und dessen Gate-Elektrode mit der Drain-Elektrode des ersten Transistors (Tr 21) verbunden ist, ·-,

einen vierten p-Kanal-MOS-Verstärkungstransistor (Tr24), dessen Source-Elektrode mit der Drain-Elektrode des dritten Transistors (Tr23) und dessen Gate-Elektrode mit dem ersten Eingang (INi) verbunden ist, ii,

einen fünften p-Kanal-MOS-Verstärkungstransistors (Tr25), dessen Source-Elektrode mit der Drain-Elektrode des dritten Transistors (Tr23) und dessen Gate-Elektrode mit dem zweiten Eingang (IN 2) verbunden ist, ; i

einen sechsten oder einen achten n-Kanal-MOS-Lasttransistor (Tr 26, 7r28), die zwischen die Drain-Elektrode des vierten Transistors (Tr24) und die zweite Spannungsversorgung (7) in Reihe geschaltet sind, sowie einen siebenten und einen neunten n-Kanal-MOS-Transistor (Tr 27, Tr 29) aufweist, die zwischen die Drain-Elektrode des fünften Transistors (Tr25) und die zweite Spannungsversorgung (7) in Reihe geschaltet sind und wobei die Gate-Elektroden der sechsten bis neunten Transistoren (Tr 26, Tr 27, Tr 28, Tr 29) gemeinsam an den ersten Ausgang (Oi) des Differenzverstärkers (2) angeschlossen sind.

daß die Stabilisierungsschaltung (4) mit Linearver- j» Stärkung arbeitet und zur Konstantstromversorgung einen zehnten p-Kanal-MOS-Transistor (Tr 30), dessen Source-Elektrode mit der ersten Spannungsversorgung (6) und dessen Gate-Elektrode mit der Drain-Elektrode des ersten Transistors (Tr2\) j5 verbunden ist,

einen elften p-Kanal-MOS-Transistor (Trii), der zwischen die Drain-Elektrode des zehnten Transistors (Tr30) und den Ausgang (O 6) der Stabilisierungsschaltung (4) geschaltet und mit seiner Gate-Elektrode an den zweiten Eingang (IN2) angeschlossen ist,

einen zwölften p-Kanal-MOS-Transistor (Tr32), der zwischen die Drain-Elektrode des zehnten Transistors (Tr 30) und den Ausgang (O 6) geschaltet und dessen Gate-Elektrode an den ersten Eingang (INi) angeschlossen ist,

und einen dreizehnten n-Kanal-MOS-Lasttransistor (Tr 33) aufweist, der zwischen den Ausgang (O 6) und die zweite Spannungsversorgung (7) geschaltet und dessen Gate-Elektrode mit dem ersten Ausgang (01) des Differenzverstärkers (2) verbunden ist,
und daß der Linearverstärker (5) zwei Verstärkerstufen (51, 52) aufweist, von denen die erste Verstärkerstufe (51) zur Konstantstromversorgung einen vierzehnten p-Kanal-MOS-Transistor (Tr 34), dessen Source-Elektrode mit der ersten Spannungsversorgung (6) und dessen Gate-Elektrode mit der Drain-Elektrode des ersten Transistors (Tr 21) verbunden ist, einen fünfzehnten p-Kanal-MOS-Verstärkungstransistor (77-35), dessen Source-Elektrode mit der Drain-Elektrode des vierzehnten Transistors (Tr 34) und dessen Gate-Elektrode mit dem zweiten Ausgang (O 2) des Differenzverstärkers (2) verbunden ist

einen sechzehnten n-Kanal-MOS-Verstärkungstransistor (Tr36). der zwischen den Ausgang (O 7) der ersten Verstärkerstufe (5t) und die zweite Spannungsversorgung (7) geschaltet und dessen Gate-Elektrode mit dem zweiten Ausgang (O2) des Differenzverstärkers (2) verbunden ist,
sowie einen siebzehnten MOS-Transistor (Tr37) aufweist, der zwischen die Drain-Elektrode des fünfzehnten Transistors (Tr35) und den Ausgang (O 7) der ersten Verstärkerslufe (51) geschaltet ist,
während die zweite Verstärkerstufe (52) zur Konstantstromversorgung einen achtzehnten p-Kanal-MOS-Transistor (Tr38) dessen Source-Elektrode mit der ersten Spannungsversorgung (6) und dessen Gate-Elektrode mit der Drain-Elektrode des ersten Transistors (Tr 21) verbunden ist,
einen neunzehnten MOS-Transistor (Tr39). dessen Source-Elektrode mit der Drain-Elektrode des achtzehnten Transistors (7V38) und dessen Gate-Elektrode mit dem Ausgang (O 7) der ersten Verstärkerstufe (51) verbunden ist,
einen zwanzigsten MOS-Verstärkungstransistor (Tr 40). der zwischen den Ausgang (OS) der zweiten Verstärkerstufe (52) und die zweite Spannungsversorgung (7) geschaltet und dessen Gate-Elektrode mit dem Ausgang (O 7) der ersten Verstärkerstufe (51) verbunden ist,

sowie einen einundzwanzigsten n-Kanal-MOS-Lasttransistor (7> 41) aufweist, der zwischen die Drain-Elektrode des neunzehnten Transistors (Tr40) und den Ausgang (OS) der zweiten Verstärkerstufe (52) geschaltet und dessen Gate-Elektrode mit dem Ausgang (06) der Stabilisierungsschaltung (4) verbunden ist (F i g. 8).

6. Operationsverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Differenzverstärkungs-Stabilisierungsschaltung (3) vorgesehen ist, die zwischen die beiden Spannungsversorgungen (6, 7) und den Differenzverstärker (2) geschaltet ist und den Gleichspannungspegel der Ausgänge (Oi, 02) des Differenzverstärkers (2) in Abhängigkeit von Änderungen der Gleichspannungspegel der ersten und zweiten Eingänge (In 1, IN 2) des Differenzverstärkers (2) im wesentlichen konstant hält (Fig. 1 und 2).

7. Operationsverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Konstantstromquelle (1) mit einem ersten p-Kanal-MOS-Transistor (TrY) vorgesehen ist, dessen Source-Elektrode mit der ersten Spannungsversorgung (6) und dessen Drain-Elektrode mit seiner eigenen Gate-Elektrode verbunden ist,

daß der Differenzverstärker (2) zur Konstantstromversorgung einen zweiten p-Kanal-MOS-Transistor (Tr 2), dessen Source-Elektrode mit der ersten Spannungsversorgung (6) und dessen Gate-Elektrode mit der Drain-Elektrode des ersten Transistors (Tr X) verbunden ist

einen dritten p-Kanal-MOS-Verstärkungstransistors (Tr 3), der zwischen die Drain-Elektrode des zweiten Transistors (Tr2) und den ersten Ausgang (Oi) des Differenzverstärkers (2) geschaltet und dessen Gate-Elektrode mit dem ersten Eingang (INi) verbunden ist

einen vierten p-Kanal-MOS-Verstärkungstransistor (Tr 4), der zwischen die Drain-Elektrode des zweiten Transistors (Tr 2) und den zweiten Ausgang (O 2) des Differenzverstärkers (2) geschaltet und dessen Gate-Elektrode mit dem zweiten Eingang (IN 2) verbunden ist

einen fünften n-Kanal-MOS-Lasttransistor (Tr5). der zwischen den ersten Ausgang (Ol) und die zweite Spannungsversorgung (7) geschaltet ist,
sowie einen sechsten n-Kanal-MOS-Lasttransistor (Tr6) aufweist, der zwischen den zweiten Ausgang (O 2) und die zweite Spannungsversorgung (7) geschaltet und dessen Gate-Elektrode mit der Gate-Elektrode des fünften Transistors (Tr 5) verbunden ist,

daß die Differenzverstärkungs-Stabilisierungsschaltung (3) zur Konstantstromversorgung einen siebenten p-Kanal-MOS-Transistor (Tr 7), dessen Source Elektrode mit der ersten Spannungsversorgung (6) und dessen Gate-Elektrode mit der Drain-Elektrode des ersten Transistors (Tr \) verbunden ist, einen achten p-Kanai-MOS-Vcrstärkur.gstransisicr (TrS), der zwischen die Drain-Elektrode des siebenten Transistors (Tr 7) und den Ausgang (O 3) der Differenzverstärkungs-Stabilisierungsschaltung (3) geschaltet und dessen Gate-Elektrode mit dem zweiten Eingang (IN 2) verbunden ist,
einen neunten p-Kanal-MOS-Verstärkungstransistor (Tr9), der zwischen die Drain-Elektrode des siebenten Transistors (Tr7) und den Ausgang (O 3) der Differenzverstärkungs-Stabilisierungsschaltung (3) geschaltet und dessen Gate-Elektrode mit dem ersten Eingang (IN 1) verbunden ist,
sowie einen zehnten n-Kanal-MOS-Lasttransistor (TrXO) aufweist, der zwischen den Ausgang (O 3) und die zweite Spannungsversorgung (7) geschaltet und dessen Gate-Elektrode mit dem Ausgang (O 3) der Differenzverstärkungs-Stabilisierungsschaltung (3) sowie den Gate-Elektroden der fünften und sechsten Transistoren (Tr 5, Tr 6) verbunden ist,
daß die Stabilisierungsschaltung (4) einen elften p-Kanal-MOS-Lasttransistor (TrW), der zwischen die erste Spannungsversorgung (6) und den Ausgang (O 4) der Stabilisierungsschaltung (4) geschaltet und dessen Drain-Elektrode mit seiner Gate-Elektrode verbunden ist, sowie einen zwölften n-Kanal-MOS-Treibertransistor (Tr 12) aufweist, der zwischen den Ausgang (O 4) und die zweite Spannungsversorgung (7) geschaltet und dessen Gate-Elektrode mit dem ersten Ausgang (O 1) des Differenzverstärkers (2) verbunden ist,

und daß der Linearverstärker (5) einen dreizehnten p-Kanal-MOS-Lasttransistor (Tr 13), der zwischen die erste Spannungsversorgung (6) und den Ausgang (O 5) des Linearverstärkers (5) geschaltet und dessen Gate-Elektrode mit dem Ausgang (O 4) der Stabilisierungsschaltung (4) verbunden ist
sowie einen vierzehnten n-Kanal-MOS-Treibertransistor (TrH) aufweist, der zwischen den Ausgang (O 5) und die zweite Spannungsversorgung (7) geschaltet und dessen Gate-Elektrode mit dem zweiten Ausgang (O 2) des Differenzverstärkers (2) verbunden ist (F i g. 1).

8. Operationsverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Konstantstromquelle (1) mit einem ersten n-Kanal-MOS-Transistor (Tr 1) vorgesehen ist, dessen Source-Elektrode mit der zweiten Spannungsversorgung (7) und dessen Drain-Elektrode mit seiner Gate-Elektrode verbunden ist daß der Differenzverstärker (2) zur Konstantstromversorgung einen zweiten n-Kanal-MOS-Transistor (Tr 2). dessen Source-Elektrode mit der zweiten Spannungsversorgung (7) und dessen Gate-Elektrode mit der Drain-Elektrode des ersten Transistors (T/l) verbunden ist,

einen dritten n-Kanal-MOS-Verstärkungstransistor (TrZ), der zwischen die Drain-Elektrode des zweiten Transistors (Tr2) und den ersten Ausgang (O) des Differenzverstärkers (2) geschaltet und dessen Gate-Elektrode an den ersten Eingang (IN 1) angeschlossen ist,

einen vierten n-Kanal-MOS-Verstärkungstransistor (TrA), der zwischen die Drain-Elektrode des zweiten Transistors (Tr 2) und den zweiten Ausgang (02) des Differenzverstärkers (2) geschaltet und dessen Gate-Elektrode mit dem zweiten Eingang (IN 2) verbunden ist,

einen fünften p-K.anal-MOS-Lasttransistor (TrS), der zwischen den ersten Ausgang (O 1) und die erste Spannungsversorgung (6) geschaltet ist,
sowie einen sechsten p-Kanal-MOS-Lasttransistor (Tr6) aufweist, der zwischen dem zweiten Ausgang (O 2) und die erste Spannungsversorgung (6) geschaltet und dessen Gate-Elektrode mit der Gate-Elektrode des fünften Transistors (Tr5) verbunden ist,

daß die Differenzverstärkungs-Stabilisierungsschaltung (3) zur Konstantstromversorgung einen siebenten n-Kanal-MOS-Transistor (Tr7), dessen Source-Elektrode mit der zweiten Spannungsversorgung (7) und dessen Gate-Elektrode mit der Drain-Elektrode des ersten Transistors (Tr 1) verbunden ist,
einen achten n-Kanal-MOS-Verstärkungstransistor (Tr 8), der zwischen die Drain-Elektrode des siebenten Transistors (Tr 7) und den Ausgang (O 3) der Differenzverstärkungs-Stabilisierungsschaltung (3) geschaltet und dessen Gate-Elektrode mit dem zweiten Eingang (IN 2) verbunden ist
einen neunten n-Kanal-MOS-Verstärkungstransistor (Tr9), der zwischen die Drain-Elektrode des siebenten Transistors (Tr 7) und den Ausgang (O 3) der Differenzverstärkungs-Stabilisierungsschaltung (3) geschaltet und dessen Gate-Elektrode an den ersten Eingang (INI) angeschlossen ist,
sowie einen zehnten p-Kanal-MOS-Lasttransistor (TrIO) aufweist, der zwischen den Ausgang (03) und die erste Spannungsversorgung (6) geschaltet und dessen Gate-Elektrode an den Ausgang (03) der Differenzverstärkungs-Stabilisierungsschaltung (3) sowie die Gate-Elektroden der fünften und sechsten Transistoren (Tr 5, 7r6) angeschlossen ist,
daß die Stabilisierungsschaltung (4) einen elften n-Kanal-MOS-Lasttransistor (TrIl), der zwischen die zweite Spannungsversorgung (7) und den Ausgang (04) der Stabilisierungsschaltung (4) geschaltet und dessen Drain-Elektrode mit seiner Gate-Elektrode verbunden ist,
sowie einen zwölften p-Kanal-MOS-Treibertransistor (Tr 12) aufweist, der zwischen den Ausgang (O 4) und die erste Spannungsversorgung (6) geschaltet und dessen Gate-Elektrode mit dem ersten Ausgang (Oi) des Differenzverstärkers (2) verbunden ist

und daß der Linienverstärker (5) einen dreizehnten n-Kanal-MOS-Transistor (Tr 13), der zwischen die zweite Spannungsversorgung (7) und den Ausgang (OS) des Linearverstärkers (5) geschaltet und dessen Gate-Elektrode an den Ausgang (O 4) der Stabilisierungsschaltung (4) angeschlossen ist
sowie einen vierzehnten p-Kanal-MOS-Treibertran-

sistor (Tr 14) aufweist, der zwischen dem Ausgang (O 5) und die erste Elektrode an den zweiten Ausgang (02) des Differenzverstärker (2) angeschlossen ist(F ig. 2).

Die Erfindung betrifft einen stabilisierten Operationsverstärker, mit einem Differenzverstärker mit ersten und zweiten MOS-Transistoren, deren Source-Elektroden über eine Stromquelle mit einer ersten Spannungsversorgung verbunden sind, deren Drain-Elektroden über entsprechende Lasten mit einer zweiten Spannungsversorgung verbunden sind und deren Gate-Elektroden an erste bzw. zweite Eingänge angeschlossen sind, und mit einem zwischen die beiden Spannungsversorgungen geschalteten Linearverstärker, der erste und zweite, gleichstrommäßige in Reihe geschaltete MOS-Transistoren aufweist, wobei die Gate-Elektrode des ersten MOS-Transistors das Ausgangssignal des Differenzverstärkers zur Verstärkung erhält und der zweite MOS-Transistor die Last des ersten MOS-Transistors bildet.

Operationsverstärker dieser Art sind z. B. aus der US-PS 40 50030 sowie der US-PS 40 48 575 bekannt, wobei ihre Differenzverstärker und Linearverstärker aus MOS-Transistoren aufgebaut sind. Derartige Operationsverstärker haben jedoch die Eigenschaften, daß sich in Abhängigkeit von Änderungen der Gleichspannungspegel an den Eingängen des Differenzverstärkers der Ausgangspegel des Linearverstärkers sehr stark ändern kann. Stabilisierungsmaßnahmen zur Unterdrükkung von Schwankungen beim Ausgangspegel des Linearverstärkers sind dort nicht getroffen.

Gegenüber Operationsverstärkern unter Verwendung von Bipolartransistoren bieten vollständig aus MOS-Transistoren aufgebaute Operationsverstärker den Vorteil, daß die MOS-Transistoren einen Arbeitsbereich haben, in dem der Temperaturkoeffizient des Stromes vernachlässigbar ist. Somit sind Temperaturdriften vermeidbar, und die Eingangsströme liegen wegen der sehr hohen Eingangsimpedanz in der Größenordnung -von Picoampere. Auch die Herstellung von integrierten Schaltungen auf kleinen Chip-Flächen ist mit derartigen MOS-Transistoren günstiger.

Für das Verhalten des Differenzverstärkers und seine Auswirkungen auf den Ausgangspegel des Linearverstärkers sind mehrere Faktoren ausschlaggebend. Einmal hängen solche Schwankungen von den Eingangspegeln ab, dio an die beiden Eingänge des Differenzverstärkers von außen angelegt werden. Andererseits lassen sich Schwankungen der Schwellwertspannung der jeweiligen MOS-Transistoren nicht vermeiden, die sich durch die Herstellung der MOS-Transistoren ergeben, wobei diese Änderungen zu Schwankungen der Ausgangspegel des Differenzverstärkers führen können. Ferner können Schwankungen der Ausgangspegel des Differenzverstärkers durch Änderungen bei den vorgegebenen Pegeln der Spannungsversorgungen auftreten.

Der Zusammenhang zwischen Eingangs- und Ausgangssignalen eines Differenzverstärkers werden nachstehend kurz erläutert Werden die beiden Eingänge des Operationsverstärkers bzw. die daran anliegenden Eingangspegel mit IN 1 und IN 2 bezeichnet so läßt sich die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers folgendermaßen schreiben: