DE3230429C2

DE3230429C2 -

Info

Publication number: DE3230429C2
Application number: DE3230429A
Authority: DE
Inventors: Tetsuo Sato; Yasuo Takasaki Gunma Jp Kominami; Yoshiyuki Tokorozawa Saitama Jp Takizawa; Akira Iruma Saitama Jp Haeno
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: 1991-11-14
Also published as: DE3230429A1; KR840001016A; JPS5836014A; JPH0115168B2; KR900007035B1; GB2107144A; US4520282A; GB2107144B

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Impedanzschal tung vom Stromrückkopplungstyp nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Übliche elektronische Impedanzschaltungen vom Stromrück kopplungstyp sind beispielsweise aus der JA-OS 52-1 16 052 bzw. der entsprechenden US-PS 42 20 875 bekannt. Die bekann te Schaltung umfaßt einen Spannungs/Strom-Wandler, der aus einem Differenzverstärker aufgebaut ist, sowie einen Strom verstärker mit variabler Verstärkung, der die Änderungen der Ausgänge des Spannungs/Strom-Wandlers erfaßt und sein Ausgangssignal zum Spannungs/Strom-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 der artigen herkömmlichen elektronischen Impedanzschaltungen durchgeführt. Hierbei wurde folgender Nachteil festgestellt:

Wenn der Steuerstrom des Stromverstärkers mit variabler Ver stärkung zur Steuerung der Eingangsimpedanz einen sehr klei nen Wert von größenordnungsmäßig einigen µA 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 Impedanz schaltung 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 Impedanz schaltung 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 Impedanz schaltung nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung und

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

Im folgenden wird die in Fig. 1 dargestellte erste Aus führungsform der erfindungsgemäßen elektronischen Impedanz schaltung erläutert.

In der integrierten Schaltung IC ist ein Spannungs/Strom- Wandler 10 in Form eines Differenzverstärkers aus den Differen tial-PNP-Transistoren Q₁ und Q₂ und in den Halbleiterkörper eindiffundierten Widerständen R₁ und R₂ vorgesehen. Änderungen im Ausgangsstrom des Spannungs/Strom-Wandlers 10 werden ferner durch die Dioden D₁ und D₂ erfaßt, die Bestandteile seines Stromverstärkers 20 mit variabler Verstärkung sind; der Strom wird durch die NPN-Differentialtransistoren Q₃ und Q₄ und die PNP-Lasttransistoren Q₅ und Q₆ zur Basis des Transistors Q₂ rückgeführt.

In der Schaltung sind ferner ein Transistor Q₇ zur Ein stellung einer Vorspannung und Transistoren Q₈ und Q₉ zur Regelung des Stroms I₀ des Spannungs/Strom-Wandlers 10 vor gesehen. Aufgrund des Erfindungskonzepts ist ferner speziell eine Kompensationsschaltung 30 vorgesehen, die aus den Transistoren Q₁₀ und Q₁₁ aufgebaut ist und zur Kompensation der Verschiebungsspannung (Offset-Kompensation) dient. Die Widerstandswerte der den Halbleiterkörper eindiffundierten Widerstände R₄ und R₅ sind so festgelegt, daß R₅ = 2 R₄ ist; die Werte der Ströme I₀ und I₁ sind ferner zu I₀ = 2 I₁ festgelegt.

Die Eingangsimpedanz der elektronischen Impedanzschal tung 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 erläuterten Impedanzschaltung näher erklärt.

Wenn eine Versorgungsspannung V_CC am Anschluß 3 anliegt, liegt am Anschluß 1 eine Referenzspannung V_ref an, die im wesentlichen gleich 1/2 V_CC ist. Wenn ein Eingangssignalstrom an den Anschluß 2 gelangt, ändern sich die Ströme, die durch die Kollektor-Emitter-Strecken der Transistoren Q₁ und Q₂ fließen, wobei die Änderungen sich als Änderungen der Vor wärtsspannungen der Dioden D₁ und D₂ äußern, die durch die Transistoren Q₃ bzw. Q₄ erfaßt werden. Wenn entsprechend die durch die Kollektor-Emitter-Strecken der Transistoren Q₃ und Q₄ fließenden Ströme sich ändern, werden diese Ände rungen durch die Transistoren Q₅ und Q₆ zur Basis des Transistors Q₂ rückgeführt.

Zur Erzielung einer hohen Eingangsimpedanz (M Ω) am Anschluß 2 muß der Strom I₀ im nA- bis µA-Bereich liegen und beispielsweise 100 µA betragen. Wenn angenommen wird, daß der Strom I₀ = 100 µA ist, fließt ein Strom von 50 µA durch jede der Kollektor-Emitter-Strecken der Transistoren Q₁ und Q₂. Aufgrund der Emitterschaltungs-Stromverstärkung h_fe der Transistoren Q₁ und Q₂, die etwa gleich 20 ist, fließen Ströme von 2,5 µA von den Basen der entsprechen den Transistoren zum Anschluß 1 und dem Kollektor des Transistors Q₃. Der Basisstrom des Transistors Q₂, der im Hinblick auf den Stand der Technik erläutert wurde, kann daher dadurch beseitigt werden, daß ein Kompensationsstrom von 2,5 µA von der Kompensationsschaltung 30, die aus den Transistoren Q₁₀ und Q₁₁ und dem Widerstand R₅ besteht, zum Kollektor des Transistors Q₄ fließen gelassen wird. Die Vorspannungen der Transistoren Q₈, Q₉ und Q₁₀ sind durch einen in den Halbleiterkörper eindiffundierten Widerstand R₃, den Transistor Q₇ und eine Konstantstrom schaltung CS₁ festgelegt. Der Strom I₀ wird durch den ein diffundierten Widerstand R₄ und die Transistoren Q₈ und Q₉ beispielsweise auf 100 µA festgelegt. Da in diesem Fall die Widerstandswerte der diffundierten Widerstände R₄ und R₅ in der oben angegebenen Relation stehen, ist der durch die Transistoren Q₁₀ und Q₁₁ der Kompensationsschaltung 30 fließende Strom auf 50 µA festgelegt. Wenn daher die Stromverstärkung h_fe des Transistors Q₁₁ der Emitterschal tung gleich der des Transistors Q₂ gemacht wird, fließt ein Strom von 2,5 µA von der Basis des Transistors Q₁₁ zum Kollektor des Transistors Q₄. Als Folge davon wird der Basisstrom des Transistors Q₂ 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 h_fe der Transistoren, die Widerstandswerte der in den Halbleiterkörper eindiffun dierten Widerstände u. dgl. 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_fe der Transisto ren, 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 Be zugszeichen bezeichnet; eine nochmalige Erläuterung ist da her nicht erforderlich.

Zunächst wird die Schaltung als solche erläutert. Der Strom I₀, der durch den Spannungs/Strom-Wandler 10 fließen soll, wird durch den Transistor Q₁₅ festgelegt. Die Vor spannungen der Transistoren Q₁₇, Q₁₈ und Q₁₉ sind durch den eindiffundierten Widerstand R₆ und den Transistor Q₁₆ ge geben. Die Vorspannung des Transistors Q₁ wird ferner durch die Transistoren Q₂₀ und Q₁₇ festgelegt, während die Vor spannung des Transistors Q₂ durch die Transistoren Q₂₁ und Q₁₈ gegeben ist.

Im folgenden wird die Wirkungsweise der Schaltung erläutert.

Wenn der Spannungs/Strom-Wandler 10 und der Stromverstär ker 20 mit variabler Verstärkung wie oben angegeben arbeiten, fließen aufgrund der variablen Stromquelle CS₂ Ströme von beispielsweise 0,5 µA durch die Kollektor-Emitter-Strecken des Transistors Q₃ und des Transistors Q₄. Gleichzeitig damit fließt ein Strom I_A von beispielsweise 10 µA durch die Transistoren Q₂₀ und Q₁₇, ein Strom I_B von beispiels weise 10 µA durch die Transistoren Q₂₁ und Q₁₈ und ein Strom I_c von beispielsweise 10 µA durch die Transistoren Q₁₁ und Q₁₉ der Kompensationsschaltung 30. Ein Strom von 0,2 µA fließt vom Kollektor des Transistors Q₃ zur Basis des Transistors Q₂₁, während ein Strom von 0,2 µA vom Kollektor des Transistors Q₄ zur Basis des Transistors Q₁₁ 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 µA, der vom Kollektor des Transistors Q₃ zur Basis des Transistors Q₂₁ fließt, mit dem Strom von 0,2 µA unter drückt werden, der vom Kollektor des Transistors Q₄ zur Basis des Transistors Q₁₁ fließt.

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

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

Claims

1. Elektronische Impedanzschaltung mit
einem Spannungs/Strom-Wandler (10), der einen ersten Transistor (Q₁) und einen zweiten Transistor (Q₂) auf weist, deren Emitter differentiell miteinander verbunden sind, wobei die Basis des ersten Transistors mit einer vorgegebenen Vorspannung (V_ref) vorgespannt ist,
einer ersten Konstantstromquelle (Q₇, Q₈, Q₉; Q₇, Q₁₅), die mit den Emittern des ersten und des zweiten Tran sistors verbunden ist,
einem Stromverstärker (20) mit variabler Verstärkung, der aufweist:

- einen dritten Transistor (Q₃) und einen vierten Transistor (Q₄), deren Emitter differentiell mit einander verbunden sind, und
- einen fünften Transistor (Q₅) und einen sechsten Transistor (Q₆), deren Basen zusammengeschaltet sind, wobei,
die Basis des dritten Transistors (Q₃) und die Basis des vierten Transistors (Q₄) jeweils mit dem Kollektor des ersten Transistors und dem Kollek tor des zweiten Transistors verbunden sind,
der Kollektor des ersten Transistors (Q₁) mit der Basis des dritten Transistors (Q₃) als ein erstes Lastglied, der sechste Transistor (Q₆) mit dem Kollektor des vierten Transistors (Q₄) als zweites Lastglied, und
der Kollektor des dritten Transistors (Q₃) mit der Basis des zweiten Transistors (Q₂), um ein Kollektorsignal des dritten Transistors (Q₃) zur Basis des zweiten Transistors zurückzukoppeln,
verbunden sind, und

einer variablen Konstantstromquelle (CS₂), die mit den Emittern des dritten und vierten Transistors (Q₃, Q₄) verbunden ist, gekennzeichnet durch eine Kompensationsschaltung (30), die mit dem Strom verstärker (20) mit variabler Verstärkung verbunden ist, um einen zwischen der Basis des zweiten Transistors (Q₂) und dem Kollektor des dritten Transistors (Q₃) fließenden Strom zu kompensieren, und einen Kompen sationstransistor (Q₁₁) aufweist, dessen Basis mit den Kollektoren des vierten und sechsten Transistors (Q₄, Q₆) verbunden ist und außerdem eine zweite Konstant stromquelle (Q₁₀; Q₁₉) aufweist, die in Reihe mit der Kollektor-Emitter-Strecke des Kompensationstransistors (Q₁₁) liegt.

2. Elektronische Impedanzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste, zweite, fünfte und sechste Transistor (Q₁, Q₂, Q₅, Q₆) einen ersten Leitungstyp und der dritte und vierte Transistor (Q₃, Q₄) den anderen Leitungstyp haben.

3. Elektronische Impedanzschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin aufweist:
einen ersten Widerstand (R₁), der zwischen dem Emitter des ersten Transistors (Q₁) und der ersten Konstant stromquelle liegt, und
einen zweiten Widerstand (R₂), der zwischen dem Emitter des zweiten Transistors (Q₂) und der ersten Konstant stromquelle liegt.

4. Elektronische Impedanzschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Konstantstromquelle einen ersten Konstant stromtransistor des ersten Leitungstyps aufweist.

5. Elektronische Impedanzschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
die zweite Konstantstromquelle einen zweiten Konstant stromtransistor (Q₁₀) des ersten Leitungstyps aufweist, dessen Emitter mit einem ersten Betriebs potential und dessen Basis mit der Basis des ersten Konstantstromtransistors (Q₉) verbunden sind, und
der Kompensationstransistor (Q₁₁) vom selben Leitungs typ ist, mit seinem Emitter mit dem Kollektor des zwei ten Konstantstromtransistors, mit seiner Basis mit dem Kollektor des vierten Transistors (Q₄) und mit seinem Kollektor mit einem zweiten Betriebspotential verbunden ist.

6. Elektronische Impedanzschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
der Kompensationstransistor (Q₁₁) vom zweiten Leitungs typ ist, mit seinem Kollektor an einem ersten Betriebs potential liegt und mit seiner Basis mit dem Kollektor des vierten Transistors (Q₄) verbunden ist, und
die zweite Konstantstromquelle einen zweiten Konstant stromtransistor (Q₁₉) aufweist, dessen Kollektor mit dem Emitter des Kompensationstransistors (Q₁₁) verbunden ist, dessen Basis mit einer vorgegebenen Vorspannung versorgt ist und dessen Emitter mit einem zweiten Be triebspotential verbunden ist.

7. Elektronische Impedanzschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin aufweist:
einen siebten Transistor (Q₂₀) des zweiten Leitungstyps, der das vorgegebene Vorspannungspotential der Basis des ersten Transistors (Q₁) durch seinen Basis-Emitter- Übergang zuführt,
einen dritten Konstantstromtransistor (Q₁₇) des zweiten Leitungstyps, der mit seinem Kollektor mit dem Emitter des siebten Transistors (Q₂₀) verbunden ist, dessen Basis eine vorgegebene Vorspannung erhält und dessen Emitter mit dem zweiten Betriebspotential verbunden ist,
einen achten Transistor (Q₂₁) des zweiten Leitungstyps, der das Signal am Kollektor des dritten Transistors (Q₃) zur Basis des zweiten Transistors (Q₂) durch seinen Basis-Emitter-Übergang zurückkoppelt, und
einen vierten Konstantstromtransistor (Q₁₈) des zweiten Leitungstyps, dessen Kollektor mit dem Emitter des achten Transistors (Q₂₁) verbunden ist, dessen Basis eine vorgegebene Vorspannung erhält und dessen Emitter mit dem zweiten Betriebspotential verbunden ist.