DE3230429A1

DE3230429A1 - Elektronische impedanzschaltung

Info

Publication number: DE3230429A1
Application number: DE19823230429
Authority: DE
Inventors: Akira Iruma Saitama Haeno; Yasuo Takasaki Gunma Kominami; Tetsuo Sato; Yoshiyuki Tokorozawa Saitama Takizawa
Original assignee: Hitachi Ltd; Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Hitachi Ltd; Pioneer Corp
Priority date: 1981-08-28
Filing date: 1982-08-16
Publication date: 1983-03-10
Also published as: GB2107144B; GB2107144A; JPH0115168B2; DE3230429C2; JPS5836014A; KR840001016A; KR900007035B1; US4520282A

Description

1. HITACHI, LTD., Tokyo

2. PIONEER ELECTRONIC CORPORATION, Tokyo

Japan

Elektronische Impedanzschaltung

Die Erfindung betrifft eine elektronische Imptadanzschaltung vom Stromrückkopplungstyp.

Übliche elektronische Impedanzschaltungen vom Stromrückkopplungstyp sind beispielsweise aus der JA-OS 52-116052 bzw der entsprechenden US-PS A 220 875 bekannt. Die bekannte Schaltung umfaßt einen Spannungs/Strom-Wandler, der aus einem Differenzverstärker aufgebaut ist,· sowie einen Stromverstärker mit variabler Verstärkung, der die Änderungen der Ausgänge des Spannungs/Strom-Wandlers erfaßt und sein Ausgangssignal zum SpannungsStrom-Wandler rückführt. Die Eingangsimpedanz der elektronischen Impedanzschaltung in Bezug auf ihren Eingangsanschluß kann durch Steuerung bzw Regelung der Verstärkung des Stromverstärkers mit variabler Verstärkung variiert werden.

Im Rahmen der Erfindung wurden Untersuchungen an derartigen herkömmlichen elektronischen Impedanzschaltungen durchgeführt. Hierbei wurde folgender Nachteil festgestellt:

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-G-

Wenn der Steuerstrom des Stromverstärkers mit variabler Verstärkung zur Steuerung der Eingangsimpedanz einen sehr kleinen Wert von größenordnungsmäßig einigen μΑ aufweist, wird der Basisstrom des Transistors des Spannungs/Strom-Wandlers gegenüber dem kleinen Steuerstrom nicht vernachlässigbar, wobei zugleich bei der Eingangsgleichspannung des Spannungs/ Strom-Wandlers eine Gleichspannungs-Verschiebungsspannung (Offsetspannung) auftritt.

Wenn das Signal einer derartigen elektronischen Impedanzschaltung von einem Gleichspannungsverstärker verstärkt wird, tritt im Ausgang des Gleichspannungsverstärkers eine sehr große Gleichspannungsverschiebung auf.

Die Erfindung geht von den obigen Gegebenheiten aus; ihr liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektronische Impedänzschaltung mit verringerter Gleichspannungs-Offsetspannung anzugeben.

Die Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1: ein Schaltbild einer elektronischen Impedanzschaltung nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung

und

Fig. 2: ein Schaltbild einer elektronischen Impedanzschaltung nach einer zweiten AusfUhrungsform der Erfindung.

Im folgenden wird die in Fig. 1 dargestellte erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektronischen Impedanz-

schältung erläutert.

In der integrierten Schaltung IC ist ein Sparinungs/Strom-Wandler JO in Form eines Differenzverstärkers aus den Differential-PNP-Transistoren Q, und Q₂ und in den Halbleiterkörper eindiffundierten Widerständen R, und R₂ vorgesehen. Änderungen im Ausgangsstrom des Spannungs/Strom-Wandlers _10_ werden ferner durch die Dioden D₁ und D~ erfaßt, die Bestandteile eines Stromverstärkers 20_ mit variabler Verstärkung sind; der Strom wird durch die NPN-Differentialtransistoren £₃ und Q. und die PNP-Lasttransistoren Q_c und GL zur Basis des Transistors Q₂ rückgeführt.

In der Schaltung sind ferner ein Transistor Q₇ zui Einstellung einer Vorspannung und Transistoren Q₈ und Q₉ zur Regelung des Stroms I des Spannungs/Strom-Wandlers _10 vorgesehen. Aufgrund des Erfindungskonzepts ist ferner speziell eine Kompensationsschaltung 30 vorgesehen, die aus den Transistoren GK_n und iQ,, aufgebaut ist und zur Kompensation der Verschiebungsspannung(offset-Kompensation) dient. Die Widerstandswerte der den Halbleiterkörper eindiFfundierten Widerstände R., und R_c sind so festgelegt, daß R₁. - 2 R.

—H —O —J H

ist; die Werte der Ströme I und I, sind ferner zu 1=21, festgelegt.

Die Eingangsimpedanz der elektronischen Impedanzschaltung hinsichtlich .Anschluß 2^ kann durch Einstellung des Werts des Konstantstroms variiert werden, der durch die .variable Konstantstromquelle CS₂ fließt, die Bestandteil des Stromverstärkers 20 mit variabler Verstärkung ist.

Im folgenden wird die Funktion der oben erläuterton Impedanzschaltung näher erklärt.

Wenn eine Versorgungsspannung V_0n am Anschluß 3 anliegt, liegt am Anschluß 1_ eine Referenzspannung V ^ an, die im wesentlichen gleich 1/2 V~_c ist. Wenn ein Eingangssignalstrom an den Anschluß 2_ gelangt, ändern sich die Ströme, die durch die Kollektor-Emitter-Strecken der Transistoren Gh und J3_O fließen, wobei die Änderungen sich als Änderungen der Vorwärtsspannungen der Dioden D₁ und D₀ äußern, die durch die Transistoren Q., bzw Q, erfaßt werden. Wenn entsprechend die durch die Kollektor-Emitter-Strecken der Transistoren GL und GL fließenden Ströme sich ändern, werden diese Änderungen durch die Transistoren GL und GL zur Basis des Transistors GL rückgeführt.

Zur Erzielung einer hohen Eingangsimpedanz (MXl ) am Anschluf3 2 muß der Strom I_Q im nA- bis μΑ-Bereich liegen und beispielsweise 100 μΑ betragen. Wenn angenommen wird, daß der Strom I· = 100 μΑ ist, fließt ein Strom von 50 μΑ durch jede der Kollektor-Emitter-Strecken der Transistoren Q, und GL. Aufgrund der Emitterschaltungs-Stromverstärkung h~ der Transistoren GJ, und Q₂, die etwa gleich 20 ist, fließen Ströme von 2,5 μΑ von den Basen der entsprechenden Transistoren zum Anschluß _1_ und dem Kollektor des Transistors CL. Der Basisstrom des Transistors Q₀, der im Hinblick auf den Stand der Technik erläutert wurde, kann daher dadurch beseitigt werden, daß ein Kompensationsstrom von 2,5 μΑ von der Kompensationsschaltung 30_, die aus den Transistoren Q_1n und Q₁. und dum Widerstand R,- besteht, zum Kollektor des Transistors JLJ. fließen gelassen wird. Die Vorspannungen der transistoren GL, GJ₉ und CJ, _Q sind durch einen in den Halbleiterkörper eindiffundierten Widerstand R,, den Transistor Q-, und eine Konstantstromschaltung CS, festgelegt. Der Strom I wird durch den eindiffundierten Widerstand R₄ und die Transistoren Q₀ und

Qo beispielsweise auf 100 μΑ festgelegt. Da in diesem Fall die Widerstandswerte der diffundierten Widerstände R. und R₁, in

—n —2

der oben angegebenen Relation stehen, ist der durch die Transistoren Gh₀ und £,, der Kompensationsschaltung 30 fließende Strom auf 50 μΑ festgelegt. Wenn daher die Stromverstärkung h~ des Transistors Gl,, der Emitterschaltung gleich der des Transistors Q₀ gemacht wird, fließt ein Strom von 2,5 μΑ von der Basis des Transistors Gh, zum Kollektor des Transistors Q.. Als Folge davon wird der Basisstrom des Transistors GL erkennbar eliminiert und eine Offsetkompensation bewirkt.

Der oben erläuterte Betrieb der Schaltung ist sehr stabil, da die Schaltung in einer integrierten Schaltung vorgesehen ist. Im einzelnen sind die Parameter hu der'Transistoren, die Widerstandswerte der in den Halbleiterkörper eindiffundierten Widerstände udgl in der integrierten Schaltung so realisiert, daß keine Streuung auftritt. Hinzu kommt, daß Änderungen in den Widerstandswerten der eindiffundierten Widerstände und Änderungen in den Parametern h~ der Transistoren, die Temperaturänderungen zugeschrieben werden, zu relativ starken Änderungen führen.

Demgemäß kann die oben erläuterte Offsetkompensation in stabiler Weise realisiert werden.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform sind Teile mit gleicher Funktion-wie bei Fig. 1 mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet; eine nochmalige Erläuterung ist daher nicht erforderlich.

Zunächst wird die Schaltung als solche erläutert. Der Strom I , der durch den Spannungs/Strom-Wandler 10 fließen soll, wird durch den Transistor Q,₅ festgelegt. Die Vorspannungen der Transistoren GL₇, Q._Q und GL₉ sind durch

- ίο -

den eindiffundierten Widerstand R. und den Transistor Q₁., ge-

—ο —Io

geben. Die Vorspannung des Transistors Q₁ wird ferner durch die Transistoren Q_0n und Q₁-, festgelegt, während die Vor- .,..,; spannung des Transistors GL durch die Transistoren GL, und

Q_1Q gegeben ist. .

Im folgenden wird die Wirkungsweise der Schaltung erläutert.

Wenn der Spannungs/Strom-Wändler JO und der Stromverstärker 20 mit variabler Verstärkung wie oben angegeben arbeiten, fließen aufgrund der variablen Stromquelle CS~ Ströme von ·· beispielsweise 0,5 μΑ durch die Kollektor-Emitter-Strecken des Transistors GL und des Transistors GL. Gleichzeitig damit fließt .ein Strom I„ von beispielsweise 10 μΑ durch die Transistoren GL_n und Gh₇, ein Strom I_ß von beispielsweise 10 μΑ durch die Transistoren GL, und GLo und ein Strom I von beispielsweise 10 μΑ durch die Transistoren GL■, und GLn der Kompensationsschaltung 30. Ein Strom von 0,2 μΑ fließt vom Kollektor des Transistors GL zur Basis des Transistors GLp während ein Strom von 0,2 μΑ vom Kollektor des Transistors Q. zur Basis des Transistors GL ■, der Kompensationsschaltung 30 fließt.

Als Ergebnis davon kann auch dann, wenn der Strom der variablen Stromquelle CS₂ sehr klein ist, der Strom von 0,2 μΑ, der vom Kollektor des Transistors GL zur Basis des Transistors GL, fließt, mit dem Strom von 0,2 μΑ unterdrückt werden, der vom Kollektor des Transistors Q. zur Basis des Transistors Q₁₁ fließt.

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Aufgrund des Erfindungskonzepts ist es daher möglich, die Gleichspannungs-Offsetspannung der elektronischen Impedanzschaltung,örheblich zu verringern.

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Das Erfindungskonzept ist nicht auf die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen beschränkt und erlaubt auch zahlreiche andere Weiterbildungen im Rahmen des Erfindungsgedankens .

Leerseite

Claims

Ansprüche

lektronische Impedanzschaltung,
gekennzeichnet durch

(1) einen Spannungs/Strom-Wandler (10) mit einem ersten

„)

Transistor (Q,) und einem zweiten Transistor

eines ersten Leitfähigkeiti.typs, deren Emitter differentiell miteinander verbunden sind, wobei die Basis des ersten Transistors (Q,) mit einer vorgegebenen Vorspannung (V _f) vorgespannt ist,

(2) einen Stromverstärker (20) mit variabler Verstärkung mit einem dritten Transistor (Q^) und einem vierten Transistor (Q.) eines zweiten. Leitfähigkeitstyps, deren Emitter differentiell miteinander verbunden sind, sowie, einem fünften Transistor (Q₅) und einem sechsten Transistor (Q,.) des ersten Leitfähigkeitstyps, deren Basen zusammengeschaltet sind, wobei die Basis des dritten Transistors (Q₃) und die Basis des vierten Transistors (Q.) mit dem Kollektor des ersten Transistors (Q,) bzw dem Kollektor des zweiten Transistors (Q₂)> der fünfte Transistor (Q₅) mit dem Kollektor des dritten Transistors (Q,) als erster Lasteinrichtung, der sechste Transistor (Q,.) mit dem

Kollektor des vierten Transistors (Q.) als zweiter Lasteinrichtung und der Kollektor des dritten Transistors (Q₃) mit der Basis des zweiten Transistors (Q₂) verbunden

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sind, wodurch das Kollektorsignal des dritten Transistors (Q₃) zur Basis des zweiten Transistors (Q₂) rückgeführt wird, und

(3) eine Kompensationsschaltung (30), die mit dem Stromverstärker (20) mit variabler Verstärkung verbunden ist und den zwischen der Basis des zweiten Transistors (GU) und dem Kollektor des dritten Transistors (Q₃) fließenden Strom kompensiert.

2. Elektronische Impedanzschaltung nach Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch

(A) eine Konstantstromquelle (Q₈, Q₉), die mit den Emittern des ersten Transistors (Q,) und des zweiten Transistors (Q₂) verbunden ist,

(.5) eine variable Konstantstromquelle (CS₂), die mit den Emittern des dritten Transistors (Q₃) und des vierten Transistors (Q.) verbunden ist,

(6) einen ersten Widerstand (R.), der zwischen den Emitter des ersten Transistors (Q,) und die Konstantstromquelle (Qq' %^ eingeschaltet ist, und

(7) einen zweiten Widerstand (R₂), der zwischen den Emitter des zweiten Transistors (Q„) und die Konstantstromquelle -(Q₈j Qq) eingeschaltet ist.

3. Elektronische Impedanzschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Konstantstromquelle einen ersten Konstantstromtransistor (Qn) des ersten Leitfähigkeitstyps aufweist.

A. Elektronische Impedanzschaltung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Kompensationsschaltung (30) mit einem zweiten Konstantstromtransistor (Q,_n) des ersten Leitfähigkeitstyps, • dessen Emitter mit einem ersten Betriebspotential (Vpp) und dessen Basis mit der Basis des ersten Konstantstromtransistors (

verbunden sind, und einem Kompensationstränsistor (Q₁₁) des ersten Leitfähigkeitstyps, dessen Emitter mit dem Kollektor des zweiten Konstantstromtransistors (Q₁₀)? dessen Basis mit dem Kollektor des vierten Transistors (QJ und dessen Kollektor mit dem zweiten Betriebspotential (GND) verbunden sind. . .

5. Elektronische Impedanzschaltung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Kompensationsschaltung (30) mit einem Kompensationstransistor (Q,,).des zweiten Leitfähigkeitstyps, dessen Kollektor mit einem ersten Betriebspotential ^np) und dessen Basis mit dem Kollektor des vierten Transistors (Q^) verbunden sind, und einem zweiten Konstantstromtransistor (Q₁₉), dessen Kollektor mit dem Emitter des Kompensationstransistors (Q₁₁) verbunden ist, dessen Basis mit. einer vorgegebenen.Vorspannung · versorgt ist und dessen Emitter mit dem zweiten Betriebspotential (GND) verbunden ist.

6. Elektronische Impedanzschaltung nach Anspruch 5, ferner gekennzeichnet durch

(8) einen ersten Emitterfolgertransistor (Qon^ ^^es ^zweiten Leitfähigkeitstyps, der das vorgegebene Vorspannungspotential (V _f) durch seinen Basis-Emitter-Ubergang an die Basis des ersten Transistors (Q,) liefert,

(9) einen dritten Konstantstromtransistor (Q₁₇) des zweiten Leitfähigkeitstyps, dessen Kollektor mit dem Emitter des ersten Emitterfolgertransistors (Q₂₀)> dessen Basis mit der vorgegebenen Vorspannung und dessen Emitter mit dem zweiten Betriebspotential (GND) verbunden sind,

(10) einen zweiten Emitter ^21'

Leitfähigkeitstyps, der das Kollektorsignal des dritten Transistors (Q,) durch seinen Basis-Emitter-Übergang zur Basis des zweiten Transistors (Q₇) rückführt,

und

(11) einen vierten Konstantstromtransistor (Q_1Q) des zweiten Leitfähigkeitstyps, dessen Kollektor mit dem Emitter des zweiten Emitter folgertransistors ^21^' dessen Basis mit der vorgegebenen Vorspannung und dessen Emitter mit dem zweiten Betriebspotential (GND) verbunden sind.