DE2905629C3

DE2905629C3 - Differenzverstärker

Info

Publication number: DE2905629C3
Application number: DE2905629A
Authority: DE
Inventors: Takahiro Tokyo Okabe; Wasao Higashiyamato Tokyo Takasugi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1978-02-15
Filing date: 1979-02-14
Publication date: 1981-11-26
Also published as: DE2905629B2; DE2905629A1; US4258330A

Description

Die Erfindung betrifft einen Differenzverstärker der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung.

Ein derartiger Differenzverstärker ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 22 38 348 bekannt. Die Schwierigkeiten, die bei derartigen die Differenz zweier Eingangsspannungen vergleichenden und verstärkenden Differenzverstärkern bestehen, werden anhand von F i g. 1A der Zeichnungen erläutert

Gemäß Fig. IA sind die Emitterelektroden eines Paars von Transistoren Q1 und Q 2 miteinander verbunden und an eine Konstantstromquelle / angeschlossen. Da die Konstantstromquelle / eine sehr hohe Impedanz aufweist, arbeiten die Transistoren Q1 und Q 2 jeweils als Emitterfolger, und ihre Eingangsimpedanzen werden sehr hoch. Werden die Transistoren Q1 und Q 2 sowie die Lasten R1 und R 2 jeweils identisch gemacht und handelt es sich bei den Eingangsspannungen VIi und VI2 um gleiche Spannungen, so werden

auch die durch die Transistoren <?t und Q 2 jeweils fließenden Ströme gleich. Ist die Eingangsspannung Vl 1 gröBer als die Eingangsspannung VIZ, so wird der Strom des Transistors Q 1 größer als der des Transistors Q 2, Da die Emitterelektroden der beiden Transistoren miteinander verbunden und an die Konstantstromquelle angeschlossen sind, wird die Stromabnahme des Transistors Q 2 gleich der Stromzunahme des Transistors Q1, und in der Ausgangsspannung VOUT tritt eine Spannungsimnahme auf, die zur Stromabnahme des ι ο Transistors Q 2 proportional ist

Der herkömmliche Differenzverstärker ist also derart aufgebaut, daß wegen der sehr hohen Eingangsimpedanzen die Eingangsströme klein sind, so daß das Ausgangssignal durch Vergleich der Eingangsspannungen zustandekommt

Bei dem herkömmlichen Differenzverstärker müssen jedoch in einer integrierten Schaltung die Transistoren und Widerstände jeweils isoliert hergestellt werden. Gewöhnlich wird auch die Konstantstromquelle der F i g. IA unter Verwendung eines NPN-Transistors ausgebildet. Fig. IB zeigt ein Beispiel für die Anordnung bei der Ausbildung des Differenzverstä; kers nach F i g. IA in einer integrierten Schaltung. Gemäß F i g. 1B müssen die das Differenz-Paar bildenden Transistoren Q1 und Q 2, der Transistor Q 3 für die Konstantstromquelle und die Widerstände R1 und R 2 jeweils in von einem Isolierbereich 10 umschlossenen Inselbereichen 11 ausgebildet werden. Der Flächenbedarf des Differenzverstärkers in einer integrierten Schaltung wird daher groß.

Wird als Beispiel für einen Anwendungsfall des Differenzverstärkers eine Photozelle am Eingang des Spannungsvergleichs-Differenzverstärkers verwendet, so ergibt sich die in Fi g. IC gezeigte Schaltungsanordnung. Die Eingänge (+) und (-) in F i g. 1C entsprechen dabei den Eingängen VIi und VI2 in Fig. IA. Mit Dl ist eine die Photozelle darstellenden Diode bezeichnet, die einen einer Lichtmenge proportionalen Strom liefert D 2 bezeichnet eine Diode zur Umwandlung des von der Diode D1 gelieferten Stroms in eine Spannung.

Ist das optische Eingangssignal schwach, so wird der Strom der Diode D1 naturgemäß sehr klein, gelegentlich nur ein bis mehrere hundert pA. Auch in einem solchen Fall soll der bei A angegebene Differenzverstärker jedoch eine genaue Verstärkung des Eingangssignals ausführen. Die Diode D1 liegt parallel zwischen dem Eingang des Differenzverstärkers und Erde. Fließt daher der von der Diode D1 gelieferte Strom tuf die Eingangsseite des Differenzverstärkers, so wird eine so genaue Verstärkung unmöglich. Aus diesem Grund muß die Impedanz des Diffeirenzverstärkers einen sehr großen Wert haben, und der Eingangsstrom darf nur mehrere zehn pA oder weniger betragen.

Wird der herkömmliche Differenzverstärker in Verbindung mit einer I^JL-Logik verwendet, so sind die Signalpegel der beiden Schaltkreise unterschiedlich, so daß das Ausgangssignal des Differenzverstärkers auf den Signalpegel der PL-Logik (oder umgekehrt) transformiert werden muß. Im allgemeinen hat das Ausgangssignal des Differenzverstärkers einen höheren Spannungspegel als das der I²L-Logik. Zur Pegeltransformation ist daher außer der Schaltung nach F i g. I ein Schaltkreis zur Pegelverschiebung erforderlich, so daß der Flächenbedarf noch größer wird.

Der Erfindung iiegt die Aufgabe zugrunde, einen Differenzverstärker anzugeben, der sich in integrierter Schaltkreistechnik in Verbindung mit digitalen und analogen Schaltungen euf einem monolithischen Substrat ohne das zusätzliche Erfordernis einer Pegelanpassungsschaltung realisieren läßt

Die errmdungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichenteil des Patentanspruchs 1 angegeben. Danach handelt es sich im Gegensatz zum Stand der Technik bei dem erfindungsgemäßen Differenzverstärker um einen Stromdifferenzverstärker, der sich vollständig integrieren läßt und daher bei Verwendung mit weiteren integrierten Schaltungen keine zusätzliche Pegelanpassung des Ausgangssignals erfordert.

Weitere Differenzverstärker, die dem eingangs abgehandelten Differenzverstärker nach dem Stand der Technik ähnlich sind, sind aus den deutschen Offenlegungsschriften 22 49 859,23 63 624 und 25 40 349 sowie aus der US-Patentschrift 40 34 306 bekannt Auch bei diesen Differenzverstärkern wird wiederum die Differenz zweier Eingangsspannungen verglichen und verstärkt, und es bestehen die oben erörterten Schwierigkeiten. Aus einigen dieser weiteren Druckschriften sind zwar Transistoren m\* mehreren Kollektorelektroden, die grundsätzlich auch bei der erfindungsgemäßen Schaltung eingesetzt werden, an sich bekannt Es handelt sich dort aber um PNP-Transistoren und nicht um die erfindungsgemäß eingesetzten inversen NPN-Transistoren. Vor allem ist aber auch die Schaltungsweise dieser Transistoren mit mehreren Kollektoren anders als bei der Schaltung nach dem Patentanspruch 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert In den Zeichnungen zeigen

F i g. IA bis IC, auf die oben schon Bezug genommen wurde, ein schematisches Schaltbild eines herkömmlichen Differenzverstärkers bzw. eine Anordnung dieses Differenzverstärkers für den Fall, daß er in integrierter Schaltkreistechnik gebildet wird, bzw. ein rchemn.tisches Schaltbild für den Fall, daß der Ausgangsstrom einer Photozelle als Eingangssignal des Differenzverstärkers dk-nt;

F i g. 2A ein schematisches Schaltbild eines Differenzverstärkers gemäß einem ersten Ausfühlungsbeispiel der Erfindung;

Fig.2B ein Anordnungsmuster für den Transistor Q1 des Differenzverstärkers nach F i g. 2A, falls dieser in integrierter Schaltkreistechnik gebildet wird;

F i g. 2C ein schematisches Schaltbild für den Fall, daß das Meßsignal einer Photozelle als Eingang des Differenzverstärkers nach F i g. 2A dient;

F i g. 3 ein schematisches Schaltbild eines Differenzverstärkers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Prf^:.ndung;

Fig.4 ein schematisches Schaltbild für einen Differenzverstärker gemäß einem dritten Ansführungsbeispiel der Erfindung;

F i g. 5 ein schematisches Schaltbild eines Differenzverstärkers mit mehreren Eingängen und Ausgängen gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung i

Fig.6A ein schematisches Schaltbild eines in PL-Logik aufgebauten Differenzverstärker gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung-,

F i g. 6B ein Anordnungsmuster für den Fall, daß der Differenzverstärker nach F i g. 6A in integrierter Schaltkreistechnik ausgebildet wird; und

Fig. 7A und 7B Anordnungsmuster für integrierte

Schaltungen zur Erläuterung von Beispielen für die Einstellung des Injektionsstromes //n/2 in dem Differenzverstärker nach F i g. 6A.

Ausfuhrungsbeispiel 1 ,.

Der in Fig.2A dargestellte Differenzverstärker besteht aus NPN-Transistoren Qi, Ql und Q5, deren jeder mehrere Kollektorelektroden aufweist und im inversen Betrieb arbeitet (im folgenden einfach als »inverse NPN-Transistoren« bezeichnet) sowie PNP-Transistoren Q 3 und Q 4. Die ersten Kollektorelektroden C11, C21 und C51 der inversen NPN-Transistoren QX, QT. und Q5 sind jeweils mit den Basiselektroden derselben Transistoren verbunden und bilden zwischen diesen und den zweiten Kollektorelektroden C12, C22 r> bzw. C52 Stromspiegelschaltungen. Die NPN-Transistoren Q\ und Q 2 bilden die Transistoren für die Differenzeingangssignale, während die PNP-Transistoren (?3und (?4als Last-Stromquellen dienen und an die zweiten Kollektorelektroden C12 und C22 der Transistoren Q 1 bzw. Q 2 angeschlossen sind. Auch die PNP-Transistoren Q 3 und Q 4 bilden eine Stromspiegelschaltung. Mit IN 1 und IN2 sind Basisanschlüsse der NPN-Transistoren Q\ bzw. Q 2 bezeichnet, die Eingangsklemmen bilden. Von einer an die zweite 2"> Kollektorelektrode C52 des NPN-Transistors Q5 angeschlossenen Klemme OUT wird ein Ausgangsstrom abgenommen, wobei die Basis des NPN-Transistors Q 5 mit der zweiten Kollektorelektrode C22 des NPN-Transistors Q2 verbunden ist. Mit Vcc ist in jn F i g. 2A eine Energieversorgungsklemme bezeichnet.

In der Schaltung nach F i g. 2A sei angenommen, daß der Eingangsklemme //Vl ein Eingangsstrom /1 und der Eingangsklemme IN 2 ein Eingangsstrom /2 zugeführt wird. Ferner sei angenommen, daß bei den is Transistoren Q1 und Q 2 das Verhältnis eines Stromes, der durch den mit der Basis verbundenen ersten Kollektor fließt, zu einem durch den zweiten Kollektor fließenden Strom auf meingestellt ist. Ferner sei für den Transistor Q 5 das Verhältnis des Stromes, der durch -to den mit der Basis verbundenen ersten Kollektor fließt, zu dem durch den zweiten Kollektor fließenden Strom auf π eingestellt, in diesem Faii hat der Strom durch den mit dem Transistor Q 3 verbundenen zweiten Kollektor C12 des Transistors Q\ den Wert m ■ Ii. Da die ■»"> Transistoren ζ) 3 und QA eine Stromspiegelschaltung bilden, wird auch der Kollektorstrom des Transistors Q4 im wesentlichen gleich m ■ /1. Andererseits hat der Strom durch den mit dem Transistor QA verbundenen zweiten Kollektor C22 des Transistors Q2 den Wert in /77-/2. Infolgedessen erhält der in den Transistor Q5 fließende Strom den Wert m ■ (Ii- 12). Der Ausgangsstrom /OLTdes Transistors ζ) 5 beträgt das n-fache des Stromes durch den mit der Basis verbundenen ersten Kollektor C51 und wird somit

If)LJ - m ■ r, i/l - /2) . (1)

Demgemäß wird die Stromamplitude Al zu

W)

., !OLT

Wie aus Gleichung (1) hervorgeht tritt der Ausgangsstrom nur dann auf. wenn der Eingangsstrom /1 größer ist 3is der Εϊη^σ3Γί^σ!ϊ5!ΓθΓΠ /2. 3ei der vorliegenden Schaltung handelt es sich aiso um einen Differenzverstärker, der mit Stromvergleich arbeitet.

Die Werte m und η in Gleichung (2) lassen sieh dadurch beliebig einstellen, daß bei dem Transistor Q1, ζ) 2 oder Q 3 das Verhältnis zwischen der Fläche des mit der Basis verbundenen ersten Kollektors und der Fläche des zweiten Kollektors geändert wird.

Fig. 2B zeigt ein Beispiel für das Anordnungsmuster des Transistors QX. Bei dem inversen NPN-Transistor ist dann, wenn die Fläche der Basis 21 fest ist und die Flächen der Kollektoren 22 und 23 verändert werden, die Stromverstärkung im wesentlichen proportional zum Verhältnis zwischen Kollektorfläche und Basisfläche. Mit 5Cl sei die Fläche des mit der Basis verbundenen Kollektors CH in Fig. 2B bezeichnet (wobei eine Verbindung 24 an die Basis bei 25 angeschlossen ist). Die Fläche des anderen Kollektors C12 betrage 5C2 und die Basisfläche SB. Die Stromverstärkungen β 1 und β 2 der Kollektoren CIl bzw. C12 werden dann zu

β I β 2

= A

.sei

SB

SC 2
SB

wobei k eine Proportionalitätskonstante ist. Werden der Basisstrom mit IB und die Ströme durch die Kollektorelektroden CIl und C12 mit /C2 bezeichnet, so ergibt sich

/Cl = β 1 · IB = k

IC 2 = ßl ■ IB = A

SB

IB :

IB

Das Verhältnis aus den Strömen durch die Kollektoren C11 und C12 wird daher

/C 2

SC 2

Dieses Stromverhältnis ist proportional zum Verhältnis der Kollektorflächen. Der Wert mdes Stromverhältnisses läßt sich daher durch Änderung der Kollektorflächen beliebig einstellen.

Wird in Verbindung mit dem Stromvergleichs-Differenzverstärk er nach Fig. 2A eine Photozelle verwendet so wird diese Photozelle D1 gemäß Fig 2C in Serie mit dem Eingang gelegt Der Eingang ( + ) des Differenzverstärkers Ai in F i g. 2C entspricht dem Eingang IN 2 in F i g. 2A, während der Eingang (—) dem Eingang IN 1 entspricht Der Ausgang dieser Schaltung ist mit dem Eingang ( —) verbunden, und diesem Knotenpunkt wird ein Bezugsstrom Iref zugeführt Steigt nun das Signal am Eingang ( + ), d. h. am Eingang IN 2, so nimmt der Ausgangsstrom zu. Falls die Photozelle gemäß Fig.2C in Serie mit dem Eingang liegt fließt der gesamte durch ein optisches Eingangssignal in der Photozelle D1 erzeugte Photostrom in den Verstärker und wird dort verstärkt Daher braucht der Leckstrom, wie er in dem Spannungsvergleich-Differenzverstärker nach Fig. IC auftritt nicht berücksichtigt zu werden.

In Kombination mit einer Photozelle arbeitet somit der Stromvergleichs-Differenzverstärker sehr effektiv.

Ausführungsbeispiel 2

Das in F i g. 3 gezeigte zweite Ausführungsbeispiel der Erfindung ist so geschaffen, daß die Stromspiegelschaltung aus PNP-Transistoren der Fig.2A genau aufgebaut ist. Im allgemeinen weist ein PNP-Transistor geringe Stromverstärkung auf. Daher bildet sich eine Differenz zwischen den auf der Kollektorseite des Transistors Q 3 und auf der Kollektorseite des Transistors Q 4 fließenden Strömen. Um die Differenz gleich zu machen, ist zusätzlich ein Transistor QB vorgesehen. Wird die Basis des Transistors ζ>3 wie in dem ersten Ausführungsbeispiel mit seinem Kollektor verbunden, so entspricht der Strom an diesem Punkt der Summe von Kollektor- und Basisströmen der Transistoren Q3 und Q4. Andererseits fließt auf der Kollektorseite des Transistors Q4 nur der Kollektorstrom. Daher besteht zwischen den Strömen auf der Kollektorseite der Transistoren Q 3 und (?4dieder Basisstromkomponente entsprechende Differenz. Wird gemäß dem vorliegenden zweiten Ausführungsbeispiel der Transistor QB zusätzlich vorgesehen, so bilden die Basisströme der Transistoren Q 3 und Q 4 den Emitterstrom des Transistors QS, und der Strom auf der Kollektorseite des Transistors Q3 bildet die Summe aus dem Kollektorstrom des Transistors Q3 und dem Basisstrom des Transistors Q6. Da der Basisstrom des transistors ζ>6 etwa !/(Stromverstärkung) des Emitterstroms beträgt, ist die Differenz der Ströme auf den Kollektorseiten der Transistoren Q 3 und Q 4 sehr klein.

Ausführungsbeispiel 3

Das in F i g. 4 gezeigte dritte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Differenzverstärkers veranschaulicht eine Methode zur Anwendung einer negativen Rückkopplung. Aus dem NPN-Transistor Q 5 der F i g. 2A ist dabei ein dritter Kollektor C53 vorgesehen, der zur Erzielung der negativen Rückkopplung oder Gegenkopplung an die Basis des NPN-Transistors Q 1 angeschlossen ist. Bezeichnet man mit /das Verhältnis zwischen der Stromentnahmefähigkeit des mit der Basis des NPN-Transistors Q 1 verbundenen dritten Kollek-

Ausgangsklemme OUT bildenden zweiten Kollektors C52, so wird die Stromamplitude Al der vorliegenden Schaltung zu

Ausführungsbeispiel 5

/OiT

m ■ η ■ I

/1 - /2

Auf diese Weise läßt sich in der erfindungsgemäßen Differenzverstärkerschaltung die Größe der Gegenkopplung durch Verändern der Kollektorflächen des NPN-Transistors beliebig einstellen.

55

Ausführungsbeispiel 4

Das in F i g. 5 gezeigte vierte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Differenzverstärkers bezieht sich auf eine Anordnung mit mehreren Eingängen und w Ausgängen. Zu dem in Fig.2A gezeigten Differentialverstärker sind dabei zusätzliche NPN-Transistoren QT. Q2", Q5' und Q5" sowie PNP-Transistoren QA' und Q 4" vorgesehen. Dabei werden ein Eingangsstrom an der Eingangsklemme IN 1 sowie Eingangsströme an den Eingangsklemmen IN 2, IN3 und IN 4 verglichen, und an Ausgangsklemmen OUTi, OUT2 und OUT3 werden Ausgangsströme abgenommen.

Bei dem in Fig.6A gezeigten fünften Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Differenzverstärkers ist ein Aufbau in I²L-Logik-Bauweise gezeigt. In F i g. 6A sind mit Q2\, Q22, <?23und <?24 PNP-Lateraltransistoren der PL-Logikkreise bezeichnet, die in Basisschaltung betrieben werden. Mit QW, Q\2, Q\3 und Q14 sind inverse NPN-Transistoren der PL-Logikkreise bezeichnet, die als Stromspiegel gebaut sind. Die Transistoren QW und Q23, die Transistoren Q\3 und (?22, die Transistoren <?12 und <?24 und die Transistoren Q\4 und Q2\ bilden dabei jeweils eine I²L-Logik.

Der in F i g. 6A gezeigte Differenzverstärker verstärkt einen Strom, der proportional ist zur Differenz zwischen einem Eingangssignal, das an einer den Basisanschluß des inversen NPN-Transistors QW bildenden Eingangsklemme IN 1 liegt (wobei der Strom /' i aus der Basis des Transistors Q ί ί gezogen wird), und einem Eingangssignal, das an einer den Basisanschluß des inversen NPN-Transistors Q12 bildenden Eingangsklemme IN2 liegt (wobei der Strom /2 aus der Basis des Transistors Ql2 gezogen wird). Der verstärkte Strom wird an einer den zweiten Kollektoranschluß C132 des inversen NPN-Transistors Q13 bildenden Ausgangsklemme OUT zur Verfügung gestellt. Angenommen, die Flächen des ersten und des zweiten Kollektors der jeweiligen Transistoren QW, Q 12, Q 13 und Q 14 sind gleich und der Injektionsstrom linjX = Iinj3, so ist der vom zweiten Kollektor C142 des inversen NPN-Transistors <?14 gezogene Strom gleich dem Strom /1, der vom zweiten Kollektor C122 des inversen NPN-Transistors <?12 gleich (IinjA-12), und die Summe dieser beiden Ströme gleich (Iinj4-12+ Ii). Am Knotenpunkt M werden der Injektionsstrom Iinj2 und der genannte Summenstrom (linj 4 - / 2 + /1) verglichen. Die Differenz dieser beiden Ströme

fließt in die Basis des inversen NPN-Transistors Q 13 und steht an der Auseanesklemme Οί/Tzur Verfügung. Nimmt man nun an. daß der Injektionsstrom linj4 gleich dem Injektionsstrom linj2 ist. so wird der Ausgangsstrom zu 12— 11.

In der vorliegenden Schaltung läßt sich die Stromamplitude dadurch erhöhen, daß der Injektionsstrom linj2 groß gemacht wird oder daß die Flächen der zweiten Kollektoren C112, C122. C132 und C142 der Transistoren QW,Qi2,Q 13 und C? 14 größer gemacht werden als die Flächen der ersten Kollektoren ClIl, C121.C131undC141.

Das Anordnungsmuster des PL-Differenzverstarkers nach Fig.6A in einer integrierten Schaltung ist in Fig. 6B dargestellt. Dieses Muster entspricht einem Fall, bei dem in der Schaltung nach Fig.6A sämtliche Injektionsströme

//n/l = linj 2 = linj 3 = linj 4

gleich sind und die Flächen der jeweiligen Kollektorelektroden der NPN-Transistoren QW. Qi3 und (?14 fest sind. d.h. m=/7=l. In Fig.6B ist mit 60 ein N-leitender Halbleiterkörper (beispielsweise aus Silicium) bezeichnet, mit 61 ein Injektionsbereich (ein P-leitender Bereich, der als Emitterelektroden der PN P-Lateraltransistoren dient), und mit 62 und 62' P-leitende Bereiche, die sowohl als Kollektorelektroden

der PNP-Lateraltransistoren wie auch als inverse NPN-Transistoren dienen. Mit 63 sind ferner N-Ieitende Bereiche bezeichnet, die als Kollektorelektroden inversen NPN-Transistoren dienen. Die gestrichelten Linien bezeichnen Elektrodenverbindungen, wobei mit °> χ Kontaktlöcher in den jeweiligen Bereichen dargestellt sind.

In F i g. 6A und 6B können die Injektiotisströme linj I, linj2, Iinj3 und linj4, d.h. die Emitterströme der PNP-Lateraltransistoren Q2i, Q22, Q23 und Q24 in durch Bestimmung der Länge, mit der diese dem Injektionsbereich gegenüberstehen, willkürlich eingestellt werden.

F i g. 7A zeigt ein Anordnungsmuster für den Fall, daß die Ströme dadurch eingestellt werden, daß die Länge ι > L 1, über die die Basisbereiche 62 der Transistoren QW, Q\2 und Q\4 dem Injektionsbereich 61 zugewandt sind, und die Länge L 2, über die der Basisbereich 62' des Transistors Q 13 dem Injektionsbereich 61 zugewandt ist. verschieden gemacht werden, im Faii der F i g. 7A -'" beträgt die Länge L2 das l,5fache der Länge Ll. Diesem Verhältnis entsprechen der Injektionsstrom /m/2 einerseits und die Injektionsströme //n/l. linj3 und linj 4 andererseits.

Gemäß Fig. 7B ist es auch möglich, die Injektions- ->> ströme dadurch einzustellen, daß die Abstände M1 und M2, um die die Basisbereiche der Transistoren QW. (?12 und Q14 sowie der Basisbereich des Transistors Q13 vom Injektionsbereich entfernt sind, ungleich gemacht werden. Auf diese Weise kann wiederum der in Injektionsstrom linj2 größer gemacht werden als die Injektionsströme linj 1, linj3 und linj 4.

Die PL-Logik ist beispielsweise in folgenden Aufsätzen beschrieben:

(1) K. Hart und A. Slob: »Integrated Injection ^ Logic - A new Approach to LSI« in IEEE J. of SSC, sc-7,5, Seiten 346 bis 351 (Oktober 1972);

(2) H. H. Berger und S. K. Wiedmann: »Merged Transistor Logic-A Low-Cost Bipolar Logic Concept« in IEEE J. of SSC, sc-7, 5, Seiten 340 bis 346 (Oktober 1972).

Ausführungsbeispiel 6

Ferner möglich ist eine Schaltungsanordnung, bei der ·»? in dem obigen Ausführungsbeispiel die Kollektorelektroden der in Basisschaltung liegenden PNP-Transistoren an die Eingangsklemmen INi, IN2,... angeschlossen sind und die Emitterelektroden dieser PNP-Transistoren als Eingänge verwendet werden. In diesem Fall w wird der Vorteil erreicht, daß sich wegen der Basisschaltung der PNP-Transistoren die Eingangsimpedanz verringern läßt Die PNP-Transistoren können dabei in gleicher Weise wie die PNP-Lateraltransistoren der PL-Logik hergestellt werden.

Im folgenden sollen die Vorteile des erfindungsgemäßen Differenzverstärkers zusammengefaßt werden.

(1) Bei dem erfindungsgemäöen Differenzverstärker handelt es sich um eine mit Stromvergleich arbeitende Differenzverstärkerschaltung, wie sie in F i g. 2A dargestellt ist.

(2) Der erfindungsgemäße Differenzverstärker weist einen einfachen Schaltungsaufbau auf. Insbesondere läßt sich die in Fig.6A gezeigte Schaltung ausschließlich als 1²L-Logik aufbauen, so daß der Platzbedarf der Schaltung sehr klein wird.

(3) Der erfindungsgemäße Differenzverstärker arbeitet mit in PL-Logikkreisen verwendeten inversen NPN-Transistoren und PNP-Transistoren in Basisschaltung und kann mit gewöhnlichen PL-Logikkreisen zur Ausführung logischer Operationen direkt verbunden werden.

(4) Bei dem erfindungsgemäßen Differenzverstärker handelt es sich um eine Stromvergleichsschaltung. Bei Verwendung in Verbindung mit einer Photozelle, wie dies in Fig. 2C gezeigt ist, kann die Photozelle in Serie mit dem Eingang vorgesehen werden. Anders als bei herkömmlichen Schaltungen braucht die eniiidurigsgemäue Sciiaiiuiig daher keine hohe Eingangsimpedanz.

(5) Die Schaltungen nach F i g. 2A, 4, 5 und 6A können mit einer Versorgungsspannung Vcc von etwa 0,7 V arbeiten, der Verstärker nach Fig.3 mit einer Versorgungsspannung Vcc von etwa 1,4 V.

(6) Werden mehrere Ein- und Ausgänge vorgesehen, wie dies in F i g. 5 gezeigt ist, so können Vergleiche mit Strömen unterschiedlicher Pegel durchgeführt werden. Dies kann als Analog/Digital-Umsetzer mit Parallelvergleich ausgenutzt werden.

(7) Die Größe der Gegenkopplung kann durch Ändern der Kollektorflächen eines inversen NPN-Transistors willkürlich eingestellt werden.

Schließlich sollen noch die wesentlichen baulichen Merkmale des erfindungsgemäßen Differenzverstärkers zusammengestellt werden:

(1) Es werden mehrere Stromquellen kombiniert, und die Summe oder Differenz der Ströme wird gebildet und verstärkt.

(2) Als Stromquellen werden Strcmspiegelschaltungen verwendet.

/1\ AIc ^trrtmcnipapicrhaltiincr u/irr! pinp ^r»holtiin<v

verwendet, bei der ein Kollektor eines inversen PNP-Transistors mit dessen Basis verbunden ist

(4) Als Konstantstromquelle dient der Injektionsbereich einer PL-Logik.

(5) In einer Stromspiegelschaltung werden die Flächen der Kollektorelektroden eines inversen NPN-Transistors ungleich gemacht, um die Stromentnahmefähigkeiten der Kollektorelektroden verschieden zu machen.

(6) Die Längen, über die die Basiselektroden der inversen NPN-Transistoren den Injektorbereichen gegenüberstehen, werden ungleich gemacht, um die Stromwerte der Stromquellen ungleich zu machen.

(7) An den Differenz-Eingangsseiten werden PNP-Transistoren in Basisschaltung vorgesehen, deren Emitterelektroden als Eingänge verwendet werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Differenzverstärker mit einem ersten und einem zweiten NPN-Transistor, an deren Basiselektroden jeweils eine Eingangsklemme angeschlossen ist, einem dritten Transistor, dessen Kollektor mit einer Ausgangsklemme (OUT) verbunden ist, und einer Konstantstromquelle, die mit Kollektorelektroden des ersten und des zweiten NPN-Transistors sowie mit der Basis des dritten Transistors verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Transistoren inverse NPN-Transistoren (Ql, Q 2, Q 5; Q11, Q 12, Q13) mit zwei Kollektorelektroden sind, bei denen die ersten Kollektorelektroden (CIi, C21, C51; ClIl, C121, C131) an die zugehörigen Basiselektroden angeschlossen, die Emitterelektroden gemeinsam geerdet und die zweiten KoIIektorelektroden (C 12, C22; C112, C122) des ersten und des zweiten NPN-Transistors (Q 1, Q 2; Q11, Q 12) mit der Konstantstromquelle (Q 3, Q 4; Q 21... Q 24) und der zweite Kollektor (C52; C132) des dritten NPN-Transistors (Q 5; Q13) mit der Ausgangsklemme (OUT) verbunden sind, und daß die Differenz der Eingangsströme an den beiden Eingangsklemmen (INi, /N2) verstärkt als Ausgangsstrom an der Ausgangsklf mme (OUT) auftritt

2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstantstromschaltung einen ersten PNP-Transistor (Q 3) umfaßt, dessen Kollektor und Basis an den zweiten Kollektor (C 12) des ersten NPN-Transistors (Q 1) und dessen Emitter an eine Energiequelle (Vco) angeschlossen sind, sowie einen zweiten PNP-Transistor (Q 4), dessen Kollektor an den zweiten Kollektor /C22) des zweiten NPN-Transistors (Q 2) und an die Basis des dritten NPN-Transistors (Q 5), dessen Basis an die Basis des ersten PNP-Transistors (Q 3) und dessen Emitter an die Energiequelle (Vcc) angeschlossen sind (F ig. 2A).

3. Verstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte NPN-Transistor (QS) einen dritten Kollektor (C53) aufweist, der mit. der Basis des ersten NPN-Transistors (Q 1) verbunden ist (F ig. 4).

4. Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Kollektor und Basis des ersten PNP-Transistors (Q 3) über die Basis-Emitter-Strecke eines dritten PNP-Transistors (Q6) verbunden sind, dessen Kollektor geerdet ist (F ig-3).

5. Verstärker nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen vierten inversen NPN-Transistor (Q 14) mit zwei Kollektorelektroden, bei dem der erste Kollektor (CHi) und die Basis an den zweiten r> Kollektor (C 112) des ersten NPN-Transistors (Q 11) angeschlossen ist, bei dem der Emitter geerdet ist, und bei dem der zweite Kollektor (Ci42) mit der Konstantstromschaltung (Q2i...Q24) verbunden ist (F ig. 6A).

6. Verstärker nach Anspruch 5, dadurch gekenn* zeichnet, daß die Konstantstromschiltung vier PNP-Transistoren (Q21... Q24) umfaßt, deren Emitterelektroden an eine Energiequelle (Vcc) angeschlossen und deren Basiselektroden geerdet sind, und wobei der Kollektor des ersten PNP-Transistors (Q 21) mit dem zweiten Kollektor (Ci 12) des ersten NPN-Transistors (QW), der Kollektor des zweiten PNP-Transistors (Q 22) mit den zweiten Kollektorelektroden (CXZZ, 0142) des zweiten und des vierten NPN-Transistors (Q 12, Q14) sowie mit der Basis des dritten NPN-Transistors (Q 13), der Kollektor des dritten PNP-Transistors (Q 23) mit der Basis des ersten NPN-Transistors (QH) und der Kollektor des vierten PNP-Transistors (Q 24) mit der Basis des zweiten NPN-Transistors (Q 12) verbunden ist (F i g. 6A),

7. Verstärker nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste NPN-Transistor (QIl) mit dem dritten PNP-Transistor (Q 23) eine erste I²L-Logik bildet, der zweite NPN-Transistor (Q 12) mit dem vierten PNP-Transistor (Q 24) eine zweite PL-Logik, der dritte NPN-Transistor (Q IS) mit dem zweiten PNP-Transistor (Q 22) eine dritte PL-Logik und der vierte NPN-Transistor (Q 14) mit dem dritten PNP-Transistor (Q 21) eine vierte I²L-Logik (F ig. 6A).

8. Verstärker nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektionsströme der ersten und der vierten I²L-Logik (Q 11, Q 23; Q14, Q 21) gleich sind.

9. Verstärker nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektionsströme der dritten I²L-Logik (Q 13, Q 22) nicht kleiner ist als der Injektionsstrom der zweiten I²L-Logik (Q 12, Q 24).

10. Verstärker nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei mindestens einem der vier NPN-Transistoren (QIl... Q14) die Fläche des ersten Kollektors (ClIl, C121, C131, C141) größer ist als die des zweiten Kollektors (C 112, C122, C132, C142).

11. Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei mindestens einem der drei NPN-Transistoren (Q 1, Q 2, Q 5) die Fläche des ersten Kollektors (CU, C21, C51) größer ist als die des zweiten Kollektors (C 12, C22, C52).

12. Verstärker nach eineir. der Ansprüche 1 bis 3 und 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektorelektroden eines fünften und eines sechsten in Basisschaltung liegenden PNP-Transistors, deren Emitterelektroden weitere Eingangsklemmen bilden, an die erste und die zweite Eingangsklemme angeschlossen sind.