DE3407200A1

DE3407200A1 - Anordnung zum liefern von differenzausgangssignalen in abhaengigkeit von einem ausgewaehlten differenzeingangssignal

Info

Publication number: DE3407200A1
Application number: DE19843407200
Authority: DE
Inventors: Thomas R. Anderson; Howard Louis Skolnik; Bruce C. Tucson Ariz. Trump
Original assignee: Burr Brown Research Corp
Current assignee: Burr Brown Research Corp
Priority date: 1983-02-28
Filing date: 1984-02-28
Publication date: 1984-09-13
Also published as: US4591740A; JPH0312721B2; GB2136231B; GB8325130D0; JPS59160203A; GB2136231A

Description

PATENTANWALT

D1PL.-1NG. KU.TT HIEKE

TeWon Oeo / 4C0 40 STADLERSTRASSE

D-8013 HAAR

Haar, den 26. 2. 1984

5 Mein Zeichen: B

Patentanmeldung für
Burr-Brown-Research Corporation Internationale Airport Industrial Park P.O. Box Il 400
Tucson, Arizona 85734 U.S.A.

Anordnung zum Liefern von Differenzausgangssignalen in 20

Abhängigkeit von einem ausgewählten Differenzeinqanqssiqnal

PATENTANWALT DIPL-INQ. KUrrr HIEXE

Telefon 089 / 4CJ 40 75 STADLERSTRASSE 3

D-8013 HAAR

Mein Zeichen: B 187

Haar, den 26. 2. 1984 Burr-Brown-Research Corp. Tucson,Arizona 85734 USA

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf elektronische Schaltungsanordnungen, die eine Vielzahl von Eingangskanälen aufweisen, und sie bezieht sich insbesondere auf eine Schaltungsanordnung, die auf ein aus einer Vielzahl von Eingangssignalen ausgewähltes Eingangssignal anspricht.

In einem typischen elektronischen Prozessteuersystem ist eine Vielzahl von Sensoren vorhanden, die elektrische Signale liefern, von denen jedes eine besondere physikalische Größe repräsentiert. Ein Sensor kann z.B. eine Spannung liefern, die der Temeperatur proportional ist. Ein anderer Sensor kann eine Spannung liefern, die der Feuchtigkeit proportional ist, etc..

Bei einer bekannten Art von elektronischen Prozeßsteuersystemen werden die elektrischen Sensorsignale über einen Multiplexer in einen zentralen Prozeßsrechner eingegeben. Der Multiplexer ist eine Vielzahl von Schaltern, die so betreibbar sind, daß sie ein aus den Sensorsignalen ausgewähltes Signal an den Prozeßsrechner liefern. Demgemäß weist bei dieser Systemart ein von einem Sensor zu dem Prozessrechner führender Signalweg den Multiplexer auf.

Der Multiplexer besteht häufig entweder aus Relais oder Feldeffekttransistor (FET)-Schaltern. Im Vergleich zu einem FF.T-Schalter ist ein Relais gewöhnlich groß und teuer und hat nur eine kurze Lebensdauer. Der FET-Schalter

hat jedoch einen "EIN"-Zustand, der in den Sensorsignalweg einen unerwünscht hohen Widerstand einbringt. Außerdem hat der FET-Schalter einen "AUS"-Zustand, der in den Sensorsignalweg einen Leckstrom einführt. Der unerwünschte Widerstand und der Leckstrom ändern sich beide mit der Umgebungstemperatur. Außerdem können nicht alle FET-Schalter verwendet werden, wenn das Sensorsignal aus Spannungen im Bereich von + 10 bis -10 Volt besteht, was ein üblicher Ein-

IQ gangsspannungsbereich bei elektronischen Prozeßsteuersystemen ist. Bei einer anderen Art von elektronischen Prozesssteuersystemen werden die Sensorsignale alle an Vorverstärker geliefert. Die verstärkten Sensorsignale von den Vorverstärkern gelangen über den Multiplexer zu dem Pro-

jg zessrechner. Infolge-dessen hat ein verstärktes Sensorsignal einen Signalweg vom Ausgang des Vorverstärkers über den Multiplexer zum Prozessrechner. Diese Systemart ist nicht für die Verarbeitung von/von niedrigem Pegel geeignet, weil der Vorverstärker unerwünschte Fehlersignale erzeugt. Der Vorverstärker erzeugt unerwünschte Fehleroder Offset-Signale. Die Fehler- und Offset-Signale ändern sich abhängig von der'Temperatur. Die Fehler- und Offsetsignale können für einen gegebenen Vorverstärker durch eine Temperaturkompensationsschaltung herabgesetzt werden.

Das Verdoppeln von typischen Offset- oder Fehlerkorrekturschaltungen führt zu einem unerwünscht verwickelten Aufbau, wo viele Kanäle benutzt werden. Die Vorverstärker ziehen auch Eingangs-Erregerströme, wenn sie nicht angewählt sind. Dies führt zu einer unerwünschten gegenseitigen Beeinflussung , wenn die Eingänge der Vorverstärker zusammengeschaltet sind, um gemeinsame Eingänge oder Rückkopplungen zu erhalten. Schaltungen zum selektiven Abschalten der Leistung für einen ganzen Vorverstärker können unerwünscht kompliziert und verwickelt werden.

/ Signalen _ -, _

Es besteht demgemäß ein Bedarf nach einer neuen Schaltungsanordnung, die über einen weiten Bereich von Umgebungstemperaturen ein Signal aus einer Vielzahl von Eingangs-Signalen ohne Erzeugung von Fehlersignalen an eine Last zu liefern vormag. Darüber hinaus soll die neue Schaltungsanordnung auf einen Bereich von Eingangssignalen ansprechen können, wie man ihn gewöhnlich bei elektronischen Prozesssteuersystemen vorfindet. Die neue Schaltungsanordnung soll ^q auch Eingänge haben, die im nicht angewählten Zustand keinen Eingangsstrom ziehen und eine sehr hohe Eingangsimpedanz aufweisen.

Ein Ziel der Erfindung besteht darin, eine verbesserte ,ρ- Schaltungsanordnung zu schaffen, die auf ein aus einer Vielzahl von Eingangssignalen ausgewähltes Eingangssignal anspricht.

Gemäß einem weiteren Ziel der Erfindung ist von einer Viel-2Q zahl von Verstärkern einer zur Lieferung eines Ausgangssignals an eine Last in Abhängigkeit von einem Erregerstromdurchfluß einschaltbar.

Ein weiteres'Ziel der Erfindung besteht darin, auf wirtschaftlicho Weise eine elektronische Schaltungsanordnung zu schaffen, die auf ein Eingangssignal aus einer Vielzahl von Eingangssignalen ohne Signalverlust beim Durchgang durch die Schaltanordnung und ohne Leck- oder Kriechströme beim Durchgang durch die Schaltanordnung anspricht.

Außerdem besteht ein weiteres Ziel der Erfindung darin, eine verbesserte Schaltungsanordnung zu schaffen, die auf ein ausgewähltes Signal von einer Vielzahl von Eingangssignalen anspricht und über einen großen Bereich von Umgebungstomperaturon verwendbar ist. Die Eingangssignale können Spannungen innerhalb eines Bereiches umfassen, den

-4- ./Ιή >

man üblicherweise bei elek.tronsichen Prozeßsteuersystemen vorfindet.

ρ- Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden, in nähere Einzelheiten gehenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung, die in der beigefügten Zeichnung dargestellt sind,

_n In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild,das eine Erregungstechnik für die Ausführungsform der Erfindung wiedergibt,

Fig.2A ein schematisches Blockschaltbild, das eine Alternative ζ
wiedergibt,

ternative zu der Erregungstechnik gemäß Fig. 2

Fig. 3 ein schematisches Blockschaltbild einer der Fig. 2 ähnlichen anderen Erregungstechnik, und

Fig. 4 ein schematisches Blockschaltbild ähnlich demjenigen gemäß Fig. 2, das.eine Technik und eine Anordnung zum Herabsetzen der Offset-Spannung einer Eingangsstufe zeigt.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist eine Anordnung zum Liefern von Differenzsignalen an eine Last ausgerüstet mit

einer ersten Eingangsstufe zum Liefern der Differenzsignale an die Last in Abhängigkeit von einem ersten Pi nvronzeingnngssignal und dem Stromfluß eines ersten

Erregerstromes durch die erste Eingangsstufe,

einer zweiten Eingangsstufe zum Liefern der Differenzsignale an die Last in Abhängigkeit von einem zweiten Differenzeingangssignal und dem Stromfluß eines zweiten Erregerstromes durch die zweite Eingangsstufe, und

einer Erregereinrichtung zum Liefern des ersten und des zweiten Erregerstromes.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist ein Verfahren zum Bilden von Differenzausgangssignalen gemäß ersten und zweiten Differenzeingangssignalen die Schrit-5 te auf, daß eine erste und eine zweite Differenzeingangsstufe, gebildet wird, von denen jede dahingehend betreibbar ist, daß sie die Differenzausgangssignalen liefert, daß ein erstes Eingangssignal und ein zweites Eingangssignal an die erste bzw. an die zweite Stufe angelegt werden, und daß eine unter den Eingangsstufen ausgewählte Stufe mit einem Erregerstrom beliefert wird, damit die Differenzausgangssignale von der ausgewählten Eingangsstufe gebildet werden.

Gemäß Fig. 2 weist eine Eingangsstufe 10 einen an eine Klemme 14 angeschlossenen invertierenden Eingang und einen an eine Klemme 12 angeschlossene nicht-invertierenden Eingang auf. Die Klemmen 12 und 14 sind an eine nicht dargestellte Quelle angeschlossen, die ein erstes Paar von Eingangsspannungen liefert. Wie nachstehend noch erläutert werden wird, handelt es sich bei dem ersten Paar von Eingangsspannungen um ein Differenzeingangssignal.

Die Eingangsstufe 10 weist des weiteren einen über eine Signal leitung 20 an eine Ausgangskieitune 16 angeschlossenen nicht-invertierenden Ausgang auf. Die Ausgangskiemme 16

ist über eine Signalleitung 26 mit einer ersten Klemme einer Last 24 verbunden, die Ausgangskienune 18 ist über eine Signalleitung 28 an eine zweite Klemme der Last 24 angeschlossen. Die Last 24 ist außerdem mit einer positiven Spannungsquelle 29 verbunden.Wie nachstehend noch erläu tert werden wird, ist die Eingangsstufe 10 dahingehend betreibbar, daß sie Differenzströme an die Last 24 liefert, wenn durch sie ein Erregerstrom fließt.

10

Die Eingangsstufe 10 hat eine Erregerklemme 30, die mittels eines Schalters 34 an die eine Klemme einer Stromquelle 32 anschließbar ist. Die Stromquelle 32 ist mit einer negativen Spannungsquelle 36 verbunden. Die Eingangsstufe 10,

der Schalter 34 und die Stromquelle 32 sind alle in Serie 15

zusamrnengeschaltet.

Wenn der Schalter 34 geschlossen ist, liefert die Stromquelle 32 einen ersten Stufenerregungsstrom, der von der Klemme 30 der Eingangsstufe Ί0 ?.u der Spannungsquelle 36/ Der erste Stufenerregerstrom fließt auch von der Spannungsquelle 29 durch die Last 24 und über die Leitungen 20, 26 und die Leitungen 22, 28 zu der Eingangsstufe 10. Wenn der Schalter 34 geöffnet ist, fließt der erste Stufen-

_o_ erregerstrom nicht. Stromquellen sind dem Fachmann auf dem 2b

Gebiete der Halbleiterelektronik geläufig, und es gibt vielerlei Stromquellen, die für die Stromquelle 32 benutzt werden können.

Der erste Stufenerregungsstrom gleicht im wesentlichen der Summe der Ströme, die durch die Leitungen 20, 26 und die Leitungen 22, 28 fließen. Wenn an die Klemmen 12, 14 der Eingangsstufe 10 gleiche Eingangsspannungen angelegt werden, fließt eine Hälfte des ersten Stufenerregerstromes ^₁ durch die Leitungen 20, 26, und die andere Hälfte fließt durch die Leitungen 22, 28, so daß die Differenz zwischen

/⁺ fließt

den Strömen in den Leitungen 20, 26 und in den Leitungen 22, 28 Null ist.

Wenn jedoch die an die Klemme 12 angelegte Eingangsspan-5

nung größer ist als die an die Klemme 14 angelegte Eingangsspannung, dann ist der durch die Leitungen 28, 22 fließende Anteil des Erregerstromes größer als derjenige, der durch die Leitungen 22, 26 fließt. Wenn andererseits die an die Klemme 14 angelegte Eingangsspannung größer ist als die an die Klemme 12 angelegte Eingangsspannung, dann ist entsprechend der durch die Leitungen 20, 26 fließende Anteil des Erregerstromes größer als der durch die Leitungen 22, 28 fließende Anteil dieses Stromes. Außerdem ist

die Differenz zwischen den Strömen, die durch die Leitungen 15

20, 26 und die Leitungen 22, 28 fließen, proportional zu der Differenz zwischen den Spannungen, die das erste Paar von Eingangsspannungen bilden. Die Eingangsstufe 10 arbeitet somit in Abhängigkeit von der Differenz der an die

Klemmen 12, 14 gelieferten Eingangsspannungen. Die an die 20

Klemmen 12 und 14 angelegte Eingangsspannung ist somit ein Differenzeingangssignal. Aus der vorhergehenden Erläuterung geht hervor, daß die Eingangsstufe 10 dahingehend betreibbar ist, daß sie Differenzströme an die Last 24 liefert,

wenn der Schalter 34 geschlossen ist. 25

Eine der Eingangsstufe 10 ähnliche zweite Eingangsstufe hat einen invertierenden und einen nicht- invertierenden Eingang, die jeweils an eine Eingangsklemme 42 bzw. an eine Eingangsklemme 40 angeschlossen sind. Die Klemmen 40 und 42 sind mit einer nicht dargestellten Spannungsquelle verbunden, die ein zweites Paar von Eingangsspannungen liefert, so daß die Eignangsstufe 38 mit einem Differenzeingangssignal beliefert wird.

- 8 -

a 6

-8-

Die Eingangsstufe 38 hat des weiteren einen über eine Signalleitung 44 an die Klemme 16 angeschlossenen nichtinvertierenden Ausgang und einen über eine Signalleitung p. 46 an die Klemme 18 angeschlossenen invertierenden Ausgang. Eine Erregerklemme 48 der Eingangsstufe 38 ist mittels eines Schalters 52 an eine Stromquelle 50 anschließbar. Die Stromquelle 50 ist ebenfalls mit der Spannungsquelle 36 verbunden. Die Eingangsstufe 38, der Schalter 52 und die Stromquelle 50 sind somit alle in Serie zusammengeschaltet. Die Stromquelle 50 und der Schalter 52 gleichen jeweils der Stromquelle 32 und dem Schalter 34.

In gleicher Weise, wie dies bei der Eingangsstufe 10 der

. ,_ Fall ist, ist auch die Eingangsstufe 38 dahingehend be-Ib

treibbar, daß sie Differenzströme an die Last 24 liefert, wenn der Schalter 52 geschlossen ist. Zu einer gegebenen Zeit ist immer nur einer der beiden Schalter 34, 52(nicht aber gleichzeitig beide)geschlossen.

Im Bedarfsfalle können weitere Eingangsstufen benützt werden, um Differenzströme an die Last 24 zu liefern. Wenn beispielsweise fünf Eingangsstufen verwendet werden, liefert nur eine, von diesen zu einer gegebenen Zeit Differenzströme an die Last 24. Im Bedarfsfalle kann bei einigen Anwendungen mehr als eine Eingangsstufe ausgewählt werden. Wenn, wie nachstehend erläutert werden wird, ein einpoliger Schalter mit Mehrfachkontakt als Alternative zu den Schaltern 34 und 52 eingesetzt wird, wird lediglich die Stromquelle 32 für die Lieferung des Erregerstromes an eine Vielzahl von Eingangsstufen herangezogen.

Gemäß Fig.2A sind die Stufen 10 und 38 über den Schalter 49 an die Stromquelle 32 anschließbar. Die Klemme 30 ist mit dem Kontakt 51 des Schalters 49 verbunden,und die Klemme 48 steht mit dem Kontakt 55 dieses Schalters in Verbindung. Eine Klemme 57 des Schalters 49 ist mit der

einen Klemme der Stromquelle 32 verbunden, deren andere Klemme an die Spannungsquelle 36 angeschlossen ist. Der Schalter 49, die Stromquelle 32 und die Spannungsquelle sind somit alle in Serie zusammengeschaltet.

Wenn der Schalter 49 so eingestellt ist, daß er eine Verbindung zwischen der Klemme 57 und dem Kontakt 51 herstellt, wird der erste Stufenerregerstrom an die Stufe 10 ¹^ geliefert. Entsprechend wird der zweite Stufenerregerstrom zu der Stufe 38 geschickt, wenn sich der Schalter 49 in einer Einstellung befindet, in der er eine Verbindung zwischen der Klemme 57 und dem Kontakt 55 herstellt.

*° Gemäß Fig. 3 , die einen in vielerlei Hinsicht gleichen Aufbau zeigt, wie die Fig. 2, und in der für gleiche Bauteile die gleichen Bezugszahlen verwendet sind wie in Fig. 2, können die Eingangsströme von den Eingangsstufen 10 und 38 abgleitet werden, wodurch eine Unterbrechung des Strom-

²^ flusses durch die Stromquellen 32 und 50 vermieden wird. Die Last 24 ist in gleicher Weise , wie dies in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben wurde, an die Eingangsstufen 10 und 38 und an die Spannungsquelle 29 angeschlossen. Ebenfalls in gleicher Weise, wie in Verbindung mit Fig. 2 erläutert, sind die Stromquellen 32 und 50 mit der Spannungsquelle 36 verbunden. Gemäß Fig. 3 ist jedoch die Klemme 30 direkt an die Stromquelle 32 angeschlossen. Außerdem ist die Stromquelle 32 mittels eines Schalters 53 an die Spannungsquelle 29 anschließbar. Wenn der Schalter 53 offen ist, liefert

3® die Stromquelle 32 den ersten Stufenerregungsstrom in einer Weise gleich derjenigen, die oben erläutert wurde. Wenn der Schalter 52 geschlossen ist, fließt der erste Stufenerregungsstrom von der Spannungsquelle 29 durch den Schalter 53 zu der Stromquelle 32, so daß der erste Stufener-

^3i> rcgungsstrom in diesem Falle von der Last 24 und der Eingangsstufe 10 weg abgeleitet wird.

- 10 -

In entsprechender Weise ist die Stromquelle 50 über einen Schalter 54 an die Spannungsquelle 29 anschließbar. Der Schalter 54 ermöglicht es, Strom in der gleichen Weise, ρ- wie vorstehend in Verbindung mit dem Schalter 53 beschrieben, von der Last 24 und der Eingangsstufe 38 abzuleiten.

Gemäß der vorstehenden Erläuterung kann eine Vielzahl von Eingangsspannungspaaren jeweils an eine Vielzahl von Eingangsstufen angelegt werden. Eine aus diesen Eingangsstufen ausgewählte Eingangsstufe vermag auf die Betätigung eines Schalters hin Differenzsignale an eine Last zu liefern.

Ein zweiter Gesichtspunkt der Erfindung bezieht sich auf die Verwendung eines Transistorpaares, dessen Transistoren emittergekoppelt sind, als Eingangsstufe. Dabei ist es von besonderer Bedeutung, daß die Übertragungseigenschaften der Eingangsstufen mit den emittergekoppelten Transistoren im wesentlichen unabhängig von Änderungen der Umgebungstemperatur sind.

Gemäß Fig. 4 weist eine Schaltungsanordnung gleich derjenigen gemäß Fig. 2 eine Eingangsstufe 1OA (anstelle der Eingangsstufe.10) und eine Eingangsstufe 38A (anstelle der

„_ Eingangsstufe 38), eine Stromquelle 232 (anstelle der Strom-25

quelle 32) und eine Stromquelle 250 (anstelle der Stromquelle 50) auf. In allen anderen Hinsichten entspricht die Fig. 4 der Fig. 2. Aus nachstehend im einzelnen noch erörterten Gründen handelt es sich bei den Stromquellen 232 und

250 um solche, die einen Strom liefern, der zu ihrer abso-30

luten Temperatur direkt proportional ist.

Die Eingangsstufe 1OA weist ein Paar von bipolaren Transistoren 56 und 58 auf, die so verbunden sind, daß sie eine emittergekoppelte Differenzeingangsstufe bilden. Differenz-

eingangsstufen sind dem Fachmann auf dem Gebiete der HaIb-

- 11 -

leiterelektronik geläufig.

Der Transistor 56 ist mit seiner Basis 58 an die Klemme 12 und mit seinem Kollektor 60 an die Leitung 22 angeschlossen. Der Emitter 62 des Transistors 56 ist über einen einstellbaren Widerstand 64 mit der Klemme 30 verbunden, so daß der Emitter 62 und der einstellbare Widerstand 64 in Serie liegen.

'

Die Eingangsstufe lOA weist des weiteren den Transistor 66 auf, dessen Basis 68 mit der Klemme 14 und dessen Kollektor 70 mit der Leitung 20 verbunden ist. Der Emitter 72 des Transistors 66 ist über einen einstellbaren Widerstand 74 an die Klemme 30 angeschlossen, so daß der Emitter 72 und der einstellbare Widerstand 74 in Serie liegen. Wie nachstehend noch erläutert werden wird, sind die einstellbaren Widerstände 64 und 74 auf derartige Werte eingestellt, daß die Übertragungseigenschaften der Eingangsstufe 1OA im wesentlichen unabhängig von Änderungen der Umgebungstemperatur werden.

Es ist typisch, daß kleine Konstruktionsunterschiede dazu führen, daß die Transistoren 56 und 66 jeweils Charakteristiken aufweisen, die sich voneinander unterscheiden. 25

Demgemäß muß eine als Offset bekannte Spannung an die

Klemmen 12 und 14 angelegt werden, damit die Ströme in den Leitungen 20 und 22 untereinander gleich werden. Da der Kollektorstrom und der Emitterstrom der meisten Transistoren im wesentlichen gleich sind, errechnet sich die Offset-30

Spannung aus der folgenden Offset-Spannungsbeziehung:

Vos= Vbel - Vbe2 + (IeI) (Rl)- (Ie2) (R2)

In dieser Gleichung bedeuten:

Vbel die Basis-Emitter-Spannung des Transistors 56

- 12 -

Vbe2 die Basis-Emitter-Spannung des Transistors IeI den Strom, der vom Emitter 62 fließt,

Ie2 den Strom, der vom Emitter 72 fließt, 5

Rl den Widerstandswert des einstellbaren Widerstandes 64 und

R2 den Widerstandswert des einstellbaren Widerstandes 74.
10

Gemäß einem Merkmal der Erfindung sind die einstellbaren Widerstände 64 und 74 so eingestellt, daß die Offset-Spannung bei jeder beliebigen Umgebungstemperatur Null ist, wodurch sich die Offset-Spannungsbeziehung zu der

nachstehenden NuIl-Offset-Spannungsbeziehung reduziert:

O = AVbe - IeI. A R

Darin bedeuten A Vbe die Differenz zwischen der Basis-Emitter-Spannung der Transistoren 56, 66 und AR die Differenz zwischen den Widerstandswerten der einstellbaren Widerstände 64 und 74.

Es ist allgemein bekannt, daß dann, wenn zwei Transistoren (so wie die Transistoren 56 und 66) so verbunden sind, daß sie die emittergekoppelte Differenzeingangsstufe bilden, die Differenz zwischen ihren Basis-Emitter-Spannungen der nachstehenden Beziehung folgt:

^i. Vbe = (KT/q). In (D) .
Darin bedeuten:

K die BoItzmann'sehe Konstante, ^v " T (lic¹ nbsoi ute Tomprrntur,

q die Ladung eines Elektrons, und

- 13-

■ If

•te-

Je2/Is2

worin lsi dor Sättigungsstrom des Basis-Emitter-Übergangs 5

des Transistors 56 und IS2 der Sättigungsstrom des Basis-Emitter-Übergangs des Transistors 66 ist.

Es ist dem Fachmann bekannt, daß der Sättigungsstrom eines Halbleiterübergangs der Strom ist, der durchfließt,

,

wenn an den Halbleiterübergang null Volt angelegt werden.

Die NuIl-Offset-Beziehung und die Basis-Emitter-Spannungsbeziehung können zur Bildung einer Temperaturabhängigkeitsbeziehung kombiniert werden, die gegeben ist zu 15

(KT/q). In (D) = IeI. A R

Die Ausdrücke K, q, D und A R sind alle temperaturunabhängige Konstanten. Da der Ausdruck T der einzige

temperaturveränderliche Ausdruck auf der linken Seite der Temperaturabhängigkeitsbeziehung ist, hat die linke Seite der Temperaturabhängigkeitsbeziehung einen Wert, der sich direkt proportional mit der absoluten Temperatur ändert. Da der Ausdruck IeI der einzige Ausdruck auf der rechten Seite der Temperaturabhängigkeitsbeziehung ist, der sich ändern kann, muß IeI (Ie2) so eingerichtet werden, daß er sich direkt proportional zu der absoluten Temperatur ändert, damit die NuIl-Offset-Beziehung bei im wesentlichen allen interessierenden Temperaturen aufrechterhal-

ten wird. Wenn gemäß der Erfindung die einstellbaren Widerstände 64 und 74 so eingestellt werden, daß sie die Offset-Spannung veranlassen, bei jeder Temperatur zu Null zu werden, und die Stromquelle 232 einen zu der absoluten Temperatur direkt proportionalen ersten Stufenerregerstrom liefert, ist die Offset-Spannung bei allen interessierenden Temperaturen Null. Stromquellen, die einen zur abso-

-14 -

luten Temperatur direkt proportionalen Strom liefern, sind auf dem Gebiete der Halbleiterelektronik allgemein bekannt.

Gemäß Fig. 1 weist eine erste Eingangsstufe 1OB einen pnp-Transistor 76 auf, dessen Emitter 78 an die Spannungsquelle 29 angeschlossen ist. Ein bedeutendes Merkmal der Eingangsstufe 1OB besteht darin, daß sie eine sehr hohe Eingangsimpedanz aufweist, wenn kein Erregerstrom durchfließt. Die Basis 80 und der Kollektor 82 des Transistors 76 sind beide an die Basis 86 eines pnp-Transistors 84 angeschlossen. Die Transistoren 76 und 84 sind einander ähnlich. In gleicher Weise,wie beim Transistor

76,ist der Emitter 87 des Transistors 84 an die Spannungs-15

quelle 29 angeschlossen. Wie nachstehend noch näher erläutert wird, kann durch den Transistor 84 ein Strom fließen, der so groß ist,wie der erste Stufenerregerstrom,oder größer ist als dieser.

Der Kollektor 82 des Transistors 76 ist des weiteren mit den npn-Transistoren 88 und 90 an deren Kollektor 92 bzw. 94 verbunden. In gleicher Weise, wie die Basen 58 und in Fig. 4,sind auch die jeweiligen Basen 96 und 98 der Transistoren 88 und 90 an die Klemmen 12 und 14 ange-

schlossen. Der Emitter 100 des Transistors 88 ist über einen einstellbaren Widerstand 64 mit dem Emitter 104 iMiK.'ii pnp-Transi st ors 102 verbunden, so daß der Emitter 100, der einstellbare Widerstand 64 und der Emitter-Basis-Übergang des Transistors 102 alle in Serie liegen. In

entsprechender Weise ist der Emitter 106 des Transistors 90 über einen einstellbaren Widerstand 74 mit dem Emitter 110 eines pnp-Transistors 108 verbunden, so daß der Emitter 106, der einstellbare Widerstand 74 und der Emitter-Basis-Übergang des Transistors 108 alle in Serie liegen, nie jewei !igen Ba.sen 112 und 114 der Transistoren 102

- 15 -

■#·

und 108 sind zufiammengeschaltet. Demgemäß sind die Emitter 100 und 108 der jeweiligen Transistoren 88 und 90 über die einstellbaren Widerstände 64 und 74 und die Emitter-Basis-Übergänge der Transistoren 102 und 108 miteinander 5

gekoppelt.

Der Kollektor 116 des Transistors 102 ist über eine Signalleitung 2OA an eine Ausgangsklemme 16A angeschlossen.

Entsprechend ist der Kollektor 118 des Transistors 108 10

über eine Signalleitung 22A mit einer Ausgangskiemme 18A verbunden. Die Klemmen 16A und 18A sind jeweils über Signalleitungen 26A bzw. 28A an eine Last angeschlossen, so daß die Stufe 1OB mit der Last 24A in Verbindung steht. Die Last 24A wird in näheren Einzelheiten weiter unten erläutert.

Die Basen 112 und 114 der jeweiligen Transistoren 102 und 108 sind beide,an eine Klemme 122 einer Stromquelle 120 angeschlossen. Die Klemme 122 steht des weiteren mit

dem Kollektor 124 des Transistors 84 in Verbindung. Bei dieser Ausführung fließt über die Klemme 122 ein bekannter Strom, der zu der absoluten Temperatur direkt proportional ist, in die Stromquellen 120 hinein. Der bekannte Strom fließt aus der Stromquelle 120 über eine Klemme 126

heraus zu der Spanhungsquelle 36.

Ein kleiner Bruchteil des bekannten Stromes fließt von den Basen 112 und 114 der jeweiligen Transistoren 102 bzw. 108 ab, wodurch es zu einer Vorwärts-Vorspannung der Ba-

sis-F.mitter-Übergänge der Transistoren 102, 108 kommt und der erste Stufenerregerstrom veranlasst wird, durch die Eingangsstufe 1OB zu der Last 24A zu fließen. Bis auf den kleinen Bruchteil kommt der bekannte Strom von dem Kollektor 124 des Transistors 84.
:

- 16 -

Es ist ersichtlich, daß der erste Stufenerregerstrom durch den Emitter-Basis-Übergang des Transistors 76 fließt, wodurch zwischen dessen Emitter 78 und dessen Bac sis 80 eine Vorspannung in Vorwärtsrichtung hervorgerufen wird. Da die Emitter 78, 87 der jeweiligen Transistoren 76 bzw. 84 beide an die Spannungsquelle 29 angeschlossen sind und die Basen 80, 86 miteinander verbunden sind, wird die Vorwärts-Vorspannung an den Emitter-Basis-Übergang des Transistors 84 angelegt. Da die Transistoren 76, 84 einander ähnlich sind, sind die Emitterströme der Transistoren 76, 84 im wesentlichen gleich, so daß der erste Stufenerregerstrom im wesentlichen dem bekannten Strom gleicht. Da die Emitter 100, 106 gekoppelt sind und der bekannte Strom zu der absoluten Temperatur direkt proportional ist, sind die Temperaturabhängigkeitsbeziehung und die NuIl-Offset-Beziehung beide auf die Stufe 1OB anwendbar. Die Differenzströme werden von der Stufe 1OB in einer Weise ähnlich derjenigen , die in Verbindung mit Fig. 4 beschrieben wurde, an die Last 24A geliefert.

Die Basen 80, 86 der jeweiligen Transistoren 76 und 84 sind außerdem über einen Schalter 130 an eine ableitende Stromquelle .128 angeschlossen. Die andere Klemme der Stromquelle 128 ist mit einer Spannungsquelle 36 ver-

bunden. Wenn der Schalter 180 schließt, fließt ein ableitender Strom, der größer ist, als der erste Stufenerregerstrom, oder so groß ist wie dieser, durch den Emitter-Basis-Übergang des Transistors 76 und über den geschlossenen Schalter 130 durch die Stromquelle 128 zu der

Spannungsquelle 36. Da der ableitende Strom größer ist, als der erste Stufenerregerstrom,oder so groß ist wie dieser,wird durch das Schließen des Schalters 130 der erste Stufenerregerstrom von der Eingangsstufe 1OB und der Last 24A weg abgeleitet.

- 17 -

Eine derEingangsstufe 1OB ähnliche zweite Eingangsstufe

38B weist einen an eine Klemme 42 angeschlossenen invertierenden Eingang und einen an eine Klemme 40 angeschlos senen nicht-invertierenden Eingang auf. Außerdem ist die 5

Stufe 38B über eine Signalleitung 44A mit der Klemme 16A und über eine Signalleitung 46A mit der Klemme 18A verbunden, also so wie die Stufe 1OB daran angeschlossen. Darüber hinaus ist die Stufe 38B, ebenso wie die Stufe

1OB, mit der Spannungsquelle 29 verbunden. Des weiteren 10

steht die Stufe 38B mit einer Stromquelle 132 (ähnlich

der Stromquelle 120) und mit einem Transistor 134 in einer dem Anschluß der Stufe 1OB an die Stromquelle 120 und an den Transistor 84 entsprechenden Weise in Verbindung. Die Stromquelle 132 ist-wie die Stromquelle 120-15

an die Spannungsquelle 36 angeschlossen.

Die Basis 136 des Transistors 34 ist über einen Schalter 140 (ähnlich dem Schalter 130) an eine Stromquelle 138 (ähnlich der Stromquelle 128) angeschlossen. Die Strom-

quelle 138 ist wie die Stromquelle 128 mit der Stromquelle 36 verbunden. Die Stufen 1OB und 38B sind demzufolge beide zur Lieferung von Strom an die Last 24A betreibbar.

Die Last. 24A besteht aus Transistoren 140, 142, die einander ähnlich sind. Die jeweiligen Emitter 144 und 146 der Transistoren 140 und 142 sind beide an die Spannungsquelle 36 angeschlossen. Die jeweiligen Basen 148 und 150 der Transistoren 140 und 142 und der Kollektor 152

des Transistors 140 sind über die Signalleitung 28A alle an die Klemme 18A angeschlossen.

Der Kollektor 154 des Transistors 142 ist über die Signalleitung 26A mit der Klemme 16A und über eine Signalleitung 158 mit einem Verstärker 156 verbunden.

- 18 -

Die Last 24A ist als sogenannter Stromspiegel bekannt. Dem Fachmann ist bekannt, daß die Last 24A über die Leitung 158 einen Ausgangsdifferenzstrom liefert, der der

Differenz zwischen den Strömen gleicht, die durch die 5

Signalleitungen 26A und 28A fließen. Der Verstärker schafft in Abhängigkeit von dem Ausgangsdifferenzstrom eine Ausgangsspannung.

Die Erfindung wurde zwar im besonderen unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben, doch versteht es sich für den Fachmann , daß in vielerlei Hinsicht Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.

Claims

Patentansprüche

Anordnung zum Liefern von Differenz-Ausgangssignalen an eine Last in Abhängigkeit von einem aus einer Vielzahl von Differenzeingangssignalen ausgewählten Eingangssignal, gekennzeichnet durch

eine Vielzahl von Differenzeingangsstufen mit Eingängen, an denen die Einganqssiqnale vorhanden sind, wobei alle Stufen mit der Last verbundene Ausgänge aufweisen, und

eine Einrichtung zum Schaffen eines Erregerstromes zu einer Eingangsstufe, an der das gewählte Eingangssignal vorhanden ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregereinrichtung eine Stromquelle und einen mit der ersten Einrichtung und der Stromquelle in Serie geschalteten Schalter aufweist.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregereinrichtung eine mit der ersten Einrichtung in Serie geschaltete Stromquelle und einen Schalter zum Ableiten von Strom der ersten Stromquelle von der ersten Einrichtung aufweist.
4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Erregerstrom direkt proportional

zur absoluten Temeperatur ist.
5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsstufe versehen ist mit 5

einem ersten und einem zweiten Transistor, die an die Last angeschlossen sind, wobei das erste Differenzsignal eine Differenz zwischen zwei Signalen ist, die jeweils an der Basis der Transisto-

ren anliegen,

einem mit dem Emitter des ersten Transistors in Serie geschalteten ersten Widerstands,

einem mit dem Emitter des zweiten Transistors in Serie geschalteten und an den ersten Widerstand angeschlossenen zweiten Widerstand, wobei die Widerstände Widerstandswerte aufweisen, die bewirken, daß die Offset-Spannung der Eingangsstufe im we-

sentlichen Null ist, und

einer Einrichtung zum Schaffen eines Flusses von Emitterströmen durch die Transistoren, damit die Offset-Spannung bei allen Temperaturen im wesentliehen Null ist bzw. bleibt.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitterströme der Transistoren bei allen interessierenden Temperaturen im wesentlichen

einer Temperaturabhängigkeitsbeziehung folgen, die

■ gegeben ist zu:

(KT/q) .In D = IeI.A R;

darin sind: K die Boltzmann¹sehe Konstante, ¹I' dir nbsolutr Trmprratur, IeI der Emitterstrom des ersten

Transistors
q die Ladung eines Elektrons - 3 -

η =

Ie2/Is2

worin: lsi der Sattigungsstrom

des Basis-Emitter-Über-5

ganges des ersten Transistors

Is2 der Sattigungsstrom des Basis-Emitter-Überganges des zweiten Transistors, und

Ie2 der Emitterstrom des

zweiten Transistors 15

ist.
7. Anordnung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch ein Transistorenpaar, wobei die Emitter des ersten und des zweiten Transistors über die Widerstände und die Emitter-Basis-Übergänge des Transistorpaares miteinander gekoppelt sind.
8. Anordng. nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine an die Eingangsstufe angeschlossene,ableitende Stromquelle, die einen Strom liefert, der mindestens so groß ist wie der Erregerstrom, und durch einen mit der ableitenden Stromquelle in Serie geschalteten Schalter, wobei der Erregerstrom von ³^ der Eingangsstufe zu der ableitenden Stromquelle abgeleitet wird, wenn der Schalter geschlossen wird.
<). Anordnung nach einem der Ansprüche 2, 3,7 oder 8, ^k d a d u r c h gekennzeichnet , daß die Last einen Stromspiegel aufweist.
10. Verfahren zum Schaffen von Differenzausgangssignalen in Abhängigkeit von einem aus einer Vielzahl von Differenzeingangssignalen ausgewählten Differon/oingangssignal gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

eine Vielzahl von Eingangsstufen vorgesehen wird, von denen jede ein Paar Transistoren aufweist, deren Emitter gekoppelt sind, und zur Schaffung jQ der Differenzausgangssignale betreibbar ist,

die Eingangssignale jeweils an die Eingangsstufen angelegt werden, und

^c an eine aus den Eingangsstufen ausgewählte Ein

yangsstufe ein Erregerstrom geliefert wird, damit die Differenzausgangssignale jeweils durch die ausgewählte Eingangsstufe geschaffen werden.

2Q
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt der Lieferung des Erregerstromes das Schließen eines Schalters umfaßt, damit der Erregerstrom durch die ausgewählte Stufe und eine Stromquelle fließt.
12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt der Lieferung des Erregerstromes das Ableiten des Erregerstromes von der ausgewählten Stufe umfaßt.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der .Verfahrensschritt der Ableitung das Schließen eines Schalters zum Ableiten des Erregerstromes umfaßt.
14. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Offset-Spannung der ausgewählten Eingangsstufen bei im wesentlichen allen Temperaturen zu Null gemacht wird.
15. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt der Lieferung des Erregerstromes die Lieferung eines zur Temperatur direkt proportionalen Stromes, das Vorsehen

IQ eines Paares von Widerständen, von denen jeder mit einem der Emitter in Serie liegt, und das Einstellen der Widerstände auf solche Werte, daß die Offset-Spannung der Stufe im wesentlichen gleich Null ist, umfaßt.
16. Schaltungsanordnung zum Versorgen einer Last mit

einem Differenzausgangssignal in Abhängigkeit von einem Differenzeingangssignal nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

einen mit der Last verbundenen ersten Transistor,

einen mit der Last verbundenen zweiten Transis- _?c tor, wobei die Emitter der Transistoren gekop

pelt sind und das Eingangssignal an die Basen der Transistoren angelegt wird,

eine Stromquelle, die einen zur absoluten Tem-

„₀ peratur direkt proportionalen Erregerstromfluß

durch die Transistoren herbeiführt,

einen mit dem Emitter des ersten Transistors in Serie geschalteten ersten Widerstand, und

einen mit dem Emitter des zweiten Transistors in Serie geschalteten zweiton Widerstand, wobei die Widerstände Widerstandswerte aufweisen, die bewirken, daß bei im wesentlichen allen Temperaturen die Ausgangssignale Null sind, wenn das Eingangssignal Null ist.