DE3832448A1

DE3832448A1 - Messverstaerker mit programmierbarer verstaerkung

Info

Publication number: DE3832448A1
Application number: DE3832448A
Authority: DE
Inventors: Robert N Atwell
Original assignee: Burr Brown Corp
Current assignee: Texas Instruments Tucson Corp
Priority date: 1987-09-24
Filing date: 1988-09-23
Publication date: 1989-04-06
Also published as: US4833422A; GB2210221A; FR2621190B1; JPS6471203A; GB2210221B; GB8811976D0; FR2621190A1; JPH0666604B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Meßverstärker mit pro grammierbarer Verstärkung gemäß den Oberbegriffen der ne bengeordneten Patentansprüche 1 und 8 und insbesondere auf einen Meßverstärker mit programmierbarer Verstärkung, wel cher sich in einem monolithischen, integrierten Schaltungs baustein mit Hilfe konventioneller, bipolarer bi-fet-Her stellungstechnik realisieren läßt.

Es sind bereits verschiedene Meßverstärker bekannt. Die Fig. 1 zeigt einen Standardmeßverstärker mit drei Opera tionsverstärkern und zwei sogenannten "Verstärkungszellen", die so zusammengeschaltet sind, daß ein Differentialein gangssignal an den positiven Eingängen der beiden Verstär kungszellen anliegt, wobei die Ausgänge der beiden Verstär kungszellen als Differentialeingang zu dem dritten Opera tionsverstärker gelangen, der als Differenzverstärker ge schaltet ist.

Bei der bekannten Schaltung nach Fig. 1 tritt das Problem auf, daß sich ihr Aufbau nicht zur Herstellung eines Meß verstärkers mit programmierbarer Verstärkung in einem mono lithischen, integrierten Standardschaltungsbaustein verwen den läßt. Um die Verstärkung der Schaltung nach Fig. 1 pro grammieren zu können, müßten zu viele Transistoren und Wi derstände dupliziert werden, um einen wirksamen Schaltungs aufbau zu erhalten. Die Gleichtaktunterdrückung des Meßver stärkers nach Fig. 1 hängt darüber hinaus sehr stark von der Anpassungsgenauigkeit der Widerstände 11, 12, 15 und 16 ab. Dies ist ausgesprochen nachteilig, da es sehr schwierig ist, eine präzise Anpassung der Widerstände bei gleichzei tig hoher Herstellungsrate zu erhalten.

Ein anderer Aufbau eines Meßverstärkers ist in Fig. 2 dar gestellt. Diese Fig. 2 zeigt eine Schaltung, wie sie von PMI (Precision Monolithics, Inc., Santa Clara, California) in ihren Meßverstärkern AMPO 1 und AMPO 5 verwendet wird. Das Eingangssignal V _IN wird durch Emitterfolger gepuffert, die bei konstantem Strom arbeiten, wobei ein Verstärkungswider stand 25 zwischen den Emittern liegt. Die Differenzen zwi schen den Treiberströmen 23 und 24 und dem Signalstrom durch die Verstärkungsschaltungen 25 werden den Kollektoren der Transistoren 28 und 29 zugeführt, deren Emitter mit ei nem Skalierungswiderstand 30 und mit Stromquellen 34 und 35 verbunden sind. Durch den Skalierungswiderstand 30 fließt die Differenz zwischen den Kollektorströmen und den von den Stromquellen gelieferten Strömen. Spannungen an den Emit tern der Transistoren 28 und 29 werden über Rückkopplungs schaltungen 36 und 37 geführt, um das Ausgangssignal des Meßverstärkers auf ein Mehrfaches des Eingangssignals zu vergrößern.

Auch beim Meßverstärker nach Fig. 2 kann nicht ohne weite res eine programmierbare Verstärkung vorgesehen werden. Die einzige praktische Möglichkeit besteht darin, diskrete Feldeffekttransistoren zu verwenden, die gestrichelt einge zeichnet sind, um zusätzliche Verstärkungswiderstände, wie z. B. den Verstärkungswiderstand 25 A, schalten zu können. Dies ist aber nachteilig, weil große und teure Feldeffekt transistoren in einer hybriden, integrierten Schaltungsein richtung erforderlich sind, da die "EIN"-Widerstände der Feldeffekttransistoren im Vergleich zu den Widerstandswer ten der Verstärkungswiderstände 25 und 25 A sehr klein sein müssen. Aufgrund der Temperaturabhängigkeit der Feldeffekt transistoren ergeben sich weiterhin Fehler in der Verstär kung. Die bei den Feldeffekttransistoren vorhandene große kapazitive Kopplung zwischen Gate und Drain begrenzt dar über hinaus die Bandbreite eines so aufgebauten, program mierbaren Meßverstärkers erheblich. Außerdem müssen bei dieser Einrichtung die logischen Pegel an den Gates dem Eingangssignal folgen können, so daß umfangreiche schal tungstechnische Maßnahmen für einen derartigen Nachlauf er forderlich wären.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Meßverstär ker mit programmierbarer Verstärkung zu schaffen, der einen hochsymmetrischen Schaltungsaufbau aufweist, um Ungleichge wichte aufgrund von Fehlanpassungen der Transistorparameter zu vermeiden.

Ziel der Erfindung ist es ferner, einen Meßverstärker mit programmierbarer Verstärkung zu schaffen, dessen Ausgangs signal frei von Störungen bzw. Spitzen ist, die sonst er zeugt werden, wenn durch Schaltungsoperationen verschiedene Verstärkungswiderstände zur Einstellung unterschiedlicher Verstärkungen in die Schaltung hereingenommen oder aus die ser herausgenommen werden.

Der Meßverstärker nach der Erfindung mit programmierbarer Verstärkung soll darüber hinaus eine kurze Einstell- bzw. Einschwingzeit haben.

Lösungen der gestellten Aufgaben sind in den kennzeichnen den Teilen der nebengeordneten Patentansprüche 1 und 8 an gegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ein Verstärker bzw. Meßverstärker nach der Erfindung mit programmierbarer Verstärkung ist gekennzeichnet durch:

(a) erste, zweite, dritte und vierte Verstärkungsauswahl transistoren mit jeweils einer Steuerelektrode sowie ersten und zweiten stromführenden Elektroden, wobei die Steuerelektroden der ersten und zweiten Verstärkungs auswahltransistoren mit einem ersten Verstärkungsaus wahlleiter und die Steuerelektroden der dritten und vierten Verstärkungsauswahltransistoren mit einem zwei ten Verstärkungsauswahlleiter verbunden sind,
(b) erste und zweite Ausgangstransistoren mit jeweils einer Steuerelektrode sowie ersten und zweiten stromführenden Elektroden, wobei die ersten stromführenden Elektroden von erstem Ausgangstransistor sowie erstem und drittem Verstärkungsauswahltransistor untereinander und mit einer ersten Konstantstromquelle und die ersten strom führenden Elektroden von zweitem Ausgangstransistor so wie zweitem und viertem Verstärkungsauswahltransistor untereinander und mit einer zweiten Konstantstromquelle verbunden sind,
(c) erste, zweite, dritte und vierte Eingangstransistoren mit mit jeweils einer Steuerelektrode sowie ersten und zweiten stromführenden Elektroden, wobei die ersten stromführenden Elektroden der ersten, zweiten, dritten und vierten Eingangstransistoren jeweils mit den zwei ten stromführenden Elektroden der ersten, zweiten, dritten und vierten Verstärkungsauswahltransistoren, die Steuerelektroden der ersten und dritten Eingangs transistoren mit einem ersten Eingangsanschluß, die Steuerelektroden der zweiten und vierten Eingangstran sistoren mit einem zweiten Eingangsanschluß, die zwei ten stromführenden Elektroden der ersten und dritten Eingangstransistoren mit einer dritten Konstantstrom quelle und die zweiten stromführenden Elektroden der zweiten und vierten Eingangstransistoren mit einer vierten Konstantstromquelle verbunden sind,
(d) einem ersten Verstärkungswiderstand zwischen den ersten stromführenden Elektroden der ersten und zweiten Ein gangstransistoren sowie einen zweiten Verstärkungswi derstand zwischen den ersten stromführenden Elektroden der dritten und vierten Eingangstransistoren, und durch
(e) eine Einrichtung zum Vorspannen der Steuerelektroden der ersten und zweiten Ausgangstransistoren, so daß
(f) erste und zweite Ausgangsströme durch die zweiten stromführenden Elektroden der ersten und zweiten Aus gangstransistoren jeweils hindurchfließen, und
- - die Verstärkung des Verstärkers auf einen ersten Wert einstellbar ist, der durch den ersten Verstärkungswi derstand bestimmt ist, indem die ersten und zweiten Verstärkungsauswahltransistoren in Abhängigkeit eines Signals auf dem ersten Verstärkungsauswahlleiter ein geschaltet und die dritten und vierten Verstärkungs auswahltransistoren ausgeschaltet werden, oder
- - auf einen zweiten Wert einstellbar ist, der durch den zweiten Verstärkungswiderstand bestimmt ist, indem die dritten und vierten Verstärkungsauswahltran sistoren in Abhängigkeit eines Signals auf dem zwei ten Verstärkungsauswahlleiter eingeschaltet und die ersten und zweiten Verstärkungsauswahltransistoren ausgeschaltet werden.

Die Zeichnung stellt neben dem Stand der Technik Ausfüh rungsbeispiele der Erfindung dar. Es zeigen

Fig. 1 und 2 konventionelle Meßverstärker,

Fig. 3 einen Meßverstärker mit programmierbarer Verstär kung nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und

Fig. 4 einen Meßverstärker mit programmierbarer Verstär kung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Die Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung mit Bi polar-Transistoren. Der Meßverstärker nach Fig. 3 enthält zwei Eingangsanschlüsse 7 und 8, zwischen denen eine Ein gangsspannung V _EIN liegt. Der Eingangsanschluß 7 ist mit den Basisanschlüssen von NPN-Eingangstransistoren 21 A und 21 B verbunden. In ähnlicher Weise ist der Eingangsanschluß 8 mit den Basisanschlüssen von NPN-Eingangstransistoren 22 A und 22 B verbunden. Die Kollektoren der Eingangstransistoren 21 A und 21 B sind untereinander mit einer Konstantstrom quelle 23 sowie mit dem Eingang eines invertierenden Ver stärkers 46 A verbunden, dessen Ausgang 50 A mit dem Basisan schluß eines NPN-Ausgangstransistors 43 verbunden ist. Der invertierende Verstärker 46 A kann auch als Umkehrverstärker bezeichnet werden. Entsprechend sind die Kollektoren der Eingangstransistoren 22 A und 22 B untereinander und mit ei ner Konstantstromquelle 24 sowie mit einem Eingang eines invertierenden Verstärkers 46 B verbunden, dessen Ausgang 50 B mit einem Basisanschluß eines NPN-Ausgangstransistors 44 verbunden ist. Der invertierende Verstärker 46 B kann auch als Umkehrverstärker bezeichnet werden. Die Konstant stromquellen 23 und 24 liefern gleiche Ströme und werden mit einer gemeinsamen Spannung +V versorgt.

Der Emitter des Eingangstransistors 21 A ist mit einem An schluß eines ersten Verstärkungswiderstands 25 A, dessen Wi derstandswert R 1 ist, und mit dem Kollektor eines NPN-Aus wahltransistors 28 A verbunden. Der Basisanschluß des Tran sistors 28 A ist mit einem Leiter 42 A verbunden, der eine erste Verstärkungsauswahlspannung V _R ₁ empfängt. Der Emitter des Transistors 28 A ist über einen Leiter 45 A mit dem Emit ter des Ausgangstransistors 43 und mit einer Konstantstrom quelle 34 verbunden, die einen Konstantstrom an -V liefert.

Entsprechend ist der Emitter des Eingangstransistors 22 A mit dem anderen Anschluß des Verstärkungswiderstands 25 A und mit dem Kollektor eines Verstärkungsauswahltransistors 29 A verbunden. Der Basisanschluß des Verstärkungsauswahl transistors 29 A ist ebenfalls mit dem Leiter 42 A verbunden, während der Emitter des Verstärkungsauswahltransistors 29 A über einen Leiter 45 B mit dem Emitter des Ausgangstransi stors 44 sowie mit einer Konstantstromquelle 35 verbunden ist, deren Strom gleich demjenigen ist, der von der Kon stantstromquelle 34 geliefert wird und die ebenfalls mit -V verbunden ist.

Der Emitter des Eingangstransistors 21 B ist mit einem An schluß eines zweiten Verstärkungswiderstands 25 B, dessen Widerstandswert R 2 ist, und mit dem Kollektor eines NPN- Verstärkungsauswahltransistors 28 B verbunden. Der Emitter des Verstärkungsauswahltransistors 28 B ist mit dem Leiter 45 A verbunden, während sein Basisanschluß über einen Leiter 42 B eine zweite Verstärkungsauswahlspannung V _R ₂ empfängt. Der Emitter des Eingangstransistors 22 B ist mit dem anderen Anschluß des Verstärkungsauswahlwiderstands 25 B und mit dem Kollektor eines Verstärkungsauswahltransistors 29 B verbun den, dessen Basisanschluß über den Leiter 42 B ebenfalls die Verstärkungsauswahlspannung V _R ₂ empfängt. Der Emitter des Transistors 29 B ist mit dem Leiter 45 verbunden.

Der Kollektor des Ausgangstransistors 43 ist über einen Leiter 53 A mit dem invertierenden Eingang eines Operations verstärkers 38 und mit einem Anschluß eines Rückkopplungs widerstands 48 verbunden, dessen Widerstandswert R ist. Der Ausgang des Operationsverstärkers 38 ist mit dem anderen Anschluß des Widerstands 48 und über einen Leiter 17 mit einer Ausgangsklemme V _AUS verbunden.

Der Kollektor des Ausgangstransistors 44 ist über einen Leiter 53 B mit dem nichtinvertierenden Eingang des Opera tionsverstärkers 38 und mit einem Anschluß eines Wider stands 47 verbunden, dessen Widerstandswert R ist. Der an dere Anschluß des Widerstands 47 ist geerdet.

Ein Ausgangsstrom I ₀₁ fließt durch den Leiter 53 A in den Kollektor des Ausgangstransistors 43, während ein Ausgangs strom I ₀₂ durch den Leiter 53 B in den Kollektor des Aus gangstransistors 44 fließt.

Ist V _R ₁ eine relativ niedrige Spannung, während V _R ₂ eine relativ hohe Spannung ist, so sind die Verstärkungsauswahl transistoren 28 A und 29 A ausgeschaltet. Es fließt daher kein Strom durch die Emitter der Eingangstransistoren 21 A und 22 A, so daß der Verstärkungswiderstand 25 A praktisch nicht wirksam ist. Die Verstärkung des Verstärkers mit pro grammierbarer Verstärkung wird daher durch den Verstär kungswiderstand 25 B bestimmt, also durch R ₂. Ist anderer seits die Spannung V _R ₁ eine hohe Spannung, während die Spannung V _R ₂ eine niedrige Spannung ist, so sind die Aus wahltransistoren 28 B und 29 B ausgeschaltet. In diesem Fall fließt kein Strom durch die Eingangstransistoren 21 B und 22 B. Der Verstärkungswiderstand 25 B ist somit innerhalb der Schaltung praktisch nicht wirksam. Die Verstärkung des Ver stärkers mit programmierbarer Verstärkung nach Fig. 3 wird somit durch den Verstärkungswiderstand 25 A bestimmt, also durch R ₁.

Andere Betriebseigenschaften des programmierbaren Meßver stärkers nach Fig. 3 lassen sich dann verstehen, wenn ange nommen wird, daß V _R ₁ eine hohe Spannung ist, während V _R ₂ eine niedrige Spannung ist. In diesem Fall erscheint die Differentialeingangsspannung Δ V _EIN direkt über R 1. Diese Differentialeingangsspannung über dem Widerstand R 1 ruft einen differentiellen Strom Δ I hervor, der durch den Wider stand R 1 fließt, wobei dieser Strom sowohl als inkrementale bzw. differentiale Vergrößerung in I ₀₂ und als inkrementa le bzw. differentielle Verminderung in I ₀₁ erscheint. Dies liegt daran, daß die durch die Eingangstransistoren 21 A und 22 A fließenden Ströme konstant sind, da die Konstantstrom quellen 23 und 24 gleich sind, und daran, daß auch die Kon stantstromquellen 34 und 35 gleich sind.

Die beiden Ausgangsströme I ₀₁ und I ₀₂ sowie die differen tiellen Erhöhungen und Verminderungen in ihnen fließen je weils durch die Widerstände 48 und 47, wodurch eine diffe rentielle Verminderung der Spannung über dem Widerstand 47 und eine differentielle Erhöhung der Spannung über dem Wi derstand 48 erhalten werden. Die differentielle Spannungs verminderung über dem Widerstand 47 läßt sich einfach als Δ I × R ausdrücken, wobei eine gleich große differentielle Erhöhung über dem Widerstand 48 erscheint. Dabei ist Δ I = I ₀₂ - I ₀₁. Da die Stromdifferenz Δ I gleich V _EIN dividiert durch R ₁ ist, läßt sich die Spannungsverstärkung für den Verstärker in Fig. 3 als 2 R dividiert durch R ₁ ausdrücken, wenn V _R eine hohe Spannung und V _R ₂ eine niedrige Spannung sind. Dagegen läßt sich die Spannungsverstärkung als 2 R di vidiert durch R ₂ ausdrücken, wenn V _R ₂ eine hohe Spannung und V _R ₁ eine niedrige Spannung sind.

Ein typischer Wert von R kann z. B. 30 kOhm sein, während die Werte von R ₁ und R ₂ im Bereich von 60 Ohm bis 60 kOhm liegen können.

Die Bandbreite des oben beschriebenen Meßverstärkers mit programmierbarer Verstärkung kann sehr hoch sein, typi scherweise größer als 1 MHz für Verstärkungen von 1 bis 100. Überschreitet die Verstärkung des Verstärkers den Wert 100, so wird die Bandbreite aufgrund einiger Transistorparameter reduziert. Die Verstärkungen der invertierenden Verstärker 46 A und 46 B können sehr niedrig sein. Schaltungssimulatio nen haben ergeben, daß die Verstärkerschaltung einwandfrei arbeitet, wenn die Verstärkungen der invertierenden Ver stärker 46 A und 46 B auch einen kleinen Wert von etwa 15 oder darunter aufweisen.

Ist zunächst die Meßverstärkerschaltung nach Fig. 3 abge glichen, ist also V _EIN gleich 0, so liefern die Stromquel len 23 und 24 gleiche Ströme durch die ausgewählten Ein gangstransistoren und die Verstärkungsauswahltransistoren. Wird der Verstärkungswiderstand R ₁ ausgewählt, so nehmen die Ströme durch die Transistoren 28 A und 29 A die Werte I ₀₁ bzw. I ₀₂ an. Die Spannungen an den Eingängen der Verstärker 46 A und 46 B befinden sich dann auf identischen Arbeits- bzw. Ruhewerten.

Um den Schaltungsbetrieb zu verstehen, sei angenommen, daß V _EIN von Null auf Δ V _EIN ansteigt. Hierdurch wird ein Span nungsabfall Δ V _EIN über dem Widerstand R 1 erzeugt, der einen Strom zur Folge hat, der gleich Δ V _EIN dividiert durch R 1 ist, wobei dieser Strom von links nach rechts in der Fig. 3 durch den Widerstand R ₁ fließt. Dieser Strom fließt in den Kollektor des Transistors 29 A und erhöht die Spannung am Emitter des Transistors 22 A, was zu einer Verminderung seines Kollektorstroms führt. Hierdurch wird der Strom re duziert, der durch die Konstantstromquelle 24 fließt, so daß die Spannung am Leiter 49 B ansteigt. Der invertierende Verstärker 46 B erzeugt einen entsprechenden Abfall der Spannung am Leiter 50 B, was zu einer Verminderung des Stroms durch den Ausgangstransistor 44 führt. Hierdurch kann ein größerer Teil des Konstantstroms von der Konstant stromquelle 35 durch den Transistor 29 B fließen, dessen Kollektorspannung sich so einstellt, daß nunmehr auch die Stromzunahme Δ V _EIN dividiert durch R ₁ fließen kann. Da der Strom der Stromquelle 35 konstant ist, führt der erhöhte Stromfluß durch den Transistor 29 B zu einer Verminderung von Δ I im Ausgangsstrom I ₀₂.

In ähnlicher Weise läuft der entgegengesetzte Betrieb in der linken Hälfte des Meßverstärkers ab. Durch den Strom Δ I, der von links nach rechts durch den Widerstand R ₁ fließt, wird der Strom verbraucht, der ansonsten durch den Kollektor des Transistors 28 B fließen würde. Hierdurch wird die Emitterspannung des Transistors 21 A abgesenkt. Durch diese Verminderung der Emitterspannung wird der Transistor 21 A etwas stärker eingeschaltet bzw. geöffnet, so daß er mehr Strom von der Konstantstromquelle 23 ziehen kann. Dies führt zu einer Verringerung der Spannung am Eingang des Verstärkers 46 A, der einen entsprechenden Anstieg am Leiter 50 A erzeugt, so daß ein entsprechender Anstieg des Teils des Konstantstroms 34, der durch den Ausgangstransistor 43 fließt, erhalten wird. Der Spannungsanstieg am Leiter 50 A führt auch zu einer entsprechenden Erhöhung von Δ I in I ₀₁.

In den "Differentialunterabschnitten" 56 und 57 im Verstär ker nach Fig. 3 mit programmierbarer Verstärkung ist der Strom, der durch den ausgewählten Verstärkungsauswahltran sistor (28 A oder 28 B) fließt, gleich der Differenz zwischen dem Strom der Konstantstromquelle 23 und dem Strom, der durch den ausgewählten Verstärkungswiderstand (Widerstand R ₁ oder R ₂) fließt. Daher muß der Kollektorstrom des Aus gangstransistors 43 gleich dem Signalstrom Δ I plus der Dif ferenz zwischen den Konstantströmen 23 und 34 sein. Sind die beiden "Differentialunterabschnitte" 56 und 57 gemäß Fig. 3 zusammengeschaltet, um einen Meßverstärker zu bil den, so ist der Ausgangsstrom I ₀₂ gleich einem Konstant strom plus dem Signalstrom Δ I, während der Ausgangsstrom I ₀₁ auf der anderen Seite gleich einem Konstantstrom minus dem Signalstrom Δ I ist. Selbstverständlich können auch mehr als zwei auswählbare Verstärkungswiderstände und zugeordne te Schaltungen vorhanden sein, die entsprechend der oben beschriebenen Weise zusammengeschaltet sind.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Gleichtaktsignalkompo neten in V _EIN nicht auf die Eingänge des Ausgangsverstär kers 38 durchgeschaltet werden. Widerstandsfehlanpassungen in der Schaltung können somit nicht die Gleichtaktunter drückung begrenzen. Die Gleichtaktunterdrückung wird im we sentlichen durch die Ausgangsimpedanzen bestimmt.

Der Hauptvorteil der in Fig. 3 gezeigten Schaltung liegt darin, daß nur fünf zusätzliche Einrichtungen erforderlich sind, nämlich zwei Eingangstransistoren, zwei Verstärkungs auswahltransistoren und ein Verstärkungswiderstand, die zu sätzlich hinzugefügt werden müssen, um einen anderen aus wählbaren Verstärkungswert für den Meßverstärker zu erhal ten.

Da die Meßverstärker nach dem Stand der Technik an den Kol lektoren der Eingangstransistoren erzeugte Signale zur Bil dung der Ausgangsspannung verwenden, stellt der Meßver stärker nach Fig. 3 auch dann eine wesentliche Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik dar, wenn er keine Mittel zur Programmierung des Verstärkungsgrades enthält.

Da die Schaltung nach der Erfindung auf der Basis einer Stromsteuerung arbeitet, treten lange Einstell- bzw. Ein schwingzeiten von Signalstörungen bzw. Signalspitzen nicht mehr auf, die sich sonst aufgrund einer kapazitiven Kopp lung ergeben, wenn schnelle Übergänge der Schaltspannungen V _R ₁ und V _R ₂ erfolgen. Der hohe Symmetriegrad der Schaltung nach Fig. 3 verhindert Fehler aufgrund von Schwankungen bei den Transistorparametern und erlaubt ferner einen hohen Symmetriegrad beim Layout von IC-Chips, was dazu führt, daß sich die Chips in einem guten thermischen Gleichgewicht be finden.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Fig. 4 dargestellt. Sowohl die Ausgangstransi storen 43 und 44 als auch die Verstärkungsauswahltransisto ren 28 A, 28 B, 29 A und 29 B sind als P-Kanal-Sperrschicht- Feldeffekttransistoren ausgebildet, die in eine monolithi sche "bi-fet"-IC-Struktur integriert werden können, und zwar mittels mehrerer konventioneller, bipolarer IC-Her stellungsschritte. Die NPN-Eingangstransistoren in Fig. 3 wurden in Fig. 4 durch PNP-Eingangstransistoren ersetzt, die dieselben Bezugszeichen tragen. Die Schaltung nach Fig. 4 ist gegenüber der Schaltung nach Fig. 3 vorteilhaft, da die Basisströme der NPN-Verstärkungsauswahltransistoren 28 A, 28 B, 29 A und 29 B in Fig. 3 jeweils ein Teil der ent sprechenden Emitterströme sind. Schwankungen dieser Basis ströme können somit zu Schwankungen in den entsprechenden Kollektorströmen führen. Da die genannten Emitterströme durch die Konstantstromquellen 23 und 24 bestimmt sind, führt eine Änderung des Basisstroms in einem der Verstär kungsauswahltransistoren zu einer entsprechenden Änderung seines Kollektorstroms, was eine Änderung des Signalstroms nach sich zieht, der durch den Kollektor des ausgewählten Verstärkungswiderstands fließt. Das kann zu einem Fehler im Verstärkungsgrad des Meßverstärkers führen. Bei der Schal tung nach Fig. 4 wird ein derartiger Fehler durch Verwen dung der P-Kanal-Sperrschicht-Feldeffekttransistoren ver mieden, die als Verstärkungswiderstands-Schaltelemente die nen, da der Gatestrom in diesen Feldeffekttransistoren ver nachlässigbar ist.

Claims

1. Verstärker mit programmierbarer Verstärkung, gekenn zeichnet durch:

(a) erste, zweite, dritte und vierte Verstärkungsauswahl transistoren (28 A, 29 A, 28 B, 29 B) mit jeweils einer Steuerlektrode sowie ersten und zweiten stromführenden Elektroden, wobei die Steuerelektroden der ersten und zweiten Verstärkungsauswahltransistoren (28 A, 29 A) mit einem ersten Verstärkungsauswahlleiter (42 A) und die Steuerelektroden der dritten und vierten Verstärkungs auswahltransistoren (28 B, 29 B) mit einem zweiten Ver stärkungsauswahlleiter (42 B) verbunden sind,
(b) erste und zweite Ausgangstransistoren (43, 44) mit je weils einer Steuerelektrode sowie ersten und zweiten stromführenden Elektroden, wobei die ersten stromfüh renden Elektroden von erstem Ausgangstransistor (43) sowie erstem und drittem Verstärkungsauswahltransistor (28 A, 28 B) untereinander und mit einer ersten Kon stantstromquelle (34) und die ersten stromführenden Elektroden von zweitem Ausgangstransistor (44) sowie zweitem und viertem Verstärkungsauswahltransistor (29 A, 29 B) untereinander und mit einer zweiten Konstantstrom quelle (35) verbunden sind,
(c) erste, zweite, dritte und vierte Eingangstransistoren (21 A, 22 A, 21 B, 22 B) mit jeweils einer Steuerelektrode sowie ersten und zweiten stromführenden Elektroden, wo bei die ersten stromführenden Elektroden der ersten, zweiten, dritten und vierten Eingangstransistoren (21 A, 22 A, 21 B, 22 B) jeweils mit den zweiten stromführenden Elektroden der ersten, zweiten, dritten und vierten Verstärkungsauswahltransistoren (28 A, 29 A, 28 B, 29 B), die Steuerelektroden der ersten und dritten Eingangs transistoren (21 A, 21 B) mit einem ersten Eingangsan schluß (7), die Steuerelektroden der zweiten und vier ten Eingangstransistoren (22 A, 22 B) mit einem zweiten Eingangsanschluß (8), die zweiten stromführenden Elek troden der ersten und dritten Eingangstransistoren (21 A, 21 B) mit einer dritten Konstantstromquelle (23) und die zweiten stromführenden Elektroden der zweiten und vierten Eingangstransistoren (22 A, 22 B) mit einer vierten Konstantstromquelle (24) verbunden sind,
(d) einem ersten Verstärkungswiderstand (25 A) zwischen den ersten stromführenden Elektroden der ersten und zweiten Eingangstransistoren (21 A, 22 A) sowie einen zweiten Verstärkungswiderstand (25 B) zwischen den ersten strom führenden Elektroden der dritten und vierten Eingangs transistoren (21 B, 22 B), und durch
(e) eine Einrichtung (46 A, 46B) zum Vorspannen der Steuer elektroden der ersten und zweiten Ausgangstransistoren (43, 44), so daß
(f) erste und zweite Ausgangsströme (I ₀₁, I ₀₂) durch die zweiten stromführenden Elektroden der ersten und zwei ten Ausgangstransistoren (43, 44) jeweils hindurchflie ßen, und
- - die Verstärkung des Verstärkers auf einen ersten Wert einstellbar ist, der durch den ersten Verstärkungswi derstand (25 A) bestimmt ist, indem die ersten und zweiten Verstärkungsauswahltransistoren (28 A, 29 A) in Abhängigkeit eines Signals auf dem ersten Verstär kungsauswahlleiter (42 A) eingeschaltet und die drit ten und vierten Verstärkungsauswahltransistoren (28 B, 29 B) ausgeschaltet werden, oder
- - auf einen zweiten Wert einstellbar ist, der durch den zweiten Verstärkungswiderstand (25 B) bestimmt ist, indem die dritten und vierten Verstärkungsauswahl transistoren (28 B, 29 B) in Abhängigkeit eines Signals auf dem zweiten Verstärkungsauswahlleiter (42 B) ein geschaltet und die ersten und zweiten Verstärkungs auswahltransistoren (28 A, 29 A) ausgeschaltet werden.

2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspanneinrichtung einen ersten Umkehrverstärker (46 A), dessen Eingang mit den zweiten stromführenden Elek troden der ersten und dritten Eingangstransistoren (21 A, 21 B) und dessen Ausgang mit der Steuerelektrode des ersten Ausgangstransistors (43) verbunden sind, sowie einen zwei ten Umkehrverstärker (46 B) aufweist, dessen Eingang mit dem zweiten stromführenden Elektroden der zweiten und vierten Eingangstransistoren (22 A, 22 B) und dessen Ausgang mit der Steuerelektrode des zweiten Ausgangstransistors (44) ver bunden sind.

3. Verstärker nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ei ne mit den zweiten stromführenden Elektroden der Ausgangs transistoren (43, 44) verbundene Strom/Spannungs-Umwand lungseinrichtung zur Umwandlung einer inkrementalen Strom differenz zwischen den ersten und zweiten Ausgangsströmen in eine verstärkte, inkrementale Ausgangsspannung (V _AUS).

4. Verstärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strom/Spannung-Umwandlungseinrichtung eine Opera tionsverstärker (38) mit einem ersten (-) und einem zweiten (+) Eingang sowie mit einem Ausgang zur Ausgabe der inkre mentalen Ausgangsspannung (V _AUS) aufweist, wobei der Aus gang über einen Widerstand (48) zum ersten Eingang (-) und zur zweiten stromführenden Elektrode des ersten Ausgangs transistors (43) zurückgekoppelt ist, und wobei ein zweiter Widerstand (47) zwischen einem Referenzspannungsleiter und der zweiten stromführenden Elektrode des zweiten Ausgangs transistors (44) liegt, die ferner mit dem zweiten Eingang (+) des Operationsverstärkers (38) verbunden ist.

5. Verstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten, zweiten, dritten und vierten Eingangstran sistoren, die ersten, zweiten, dritten und vierten Verstär kungsauswahltransistoren und die ersten und zweiten Aus gangstransistoren NPN-Transistoren sind.

6. Verstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten, zweiten, dritten und vierten Verstärkungs auswahltransistoren sowie die ersten und zweiten Ausgangs transistoren bipolare Transistoren sind.

7. Verstärker nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldeffekttransistoren p-Kanal-Sperrschicht-Feldef fekttransistoren und die bipolaren Transistoren PNP-Transi storen sind.

8. Verstärker, gekennzeichnet durch

(a) erste und zweite Transistoren (28 B, 29 B), von denen je der eine Steuerelektrode sowie erste und zweite strom führende Elektroden aufweist, wobei an die Steuerelek trode der ersten und zweiten Transistoren (28 B, 29 B) eine erste Spannung (V _R ₁) anlegbar ist, um die ersten und zweiten Transistoren (28 B, 29 B) einzuschalten,
(b) erste und zweite Ausgangstransistoren (43, 44), von denen jeder eine Steuerelektrode sowie erste und zweite stromführende Elektroden aufweist, wobei die ersten stromführenden Elektroden des ersten Ausgangstransi stors (43) und des ersten Transistors (28 B) mit einer ersten Konstantstromquelle (34) sowie die ersten strom führenden Elektroden des zweiten Ausgangstransistors (44) und des zweiten Transistors (29 B) mit einer zwei ten Konstanstromquelle (35) verbunden sind,
(c) erste und zweite Eingangstransistoren (21 B, 22 B), von denen jeder eine Steuerelektrode sowie erste und zweite stromführende Elektroden aufweist, wobei die ersten stromführenden Elektroden der ersten und zweiten Ein gangstransistoren (21 B, 22 B) jeweils mit den zweiten stromführenden Elektroden der ersten und zweiten Tran sistoren (28 B, 29 B), die Steuerelektrode des ersten Eingangstransistors (21 B) mit einem ersten Eingangsan schluß (7), die Steuerelektrode des zweiten Eingangs transistors (22 B) mit einem zweiten Eingangsanschluß (8), die zweite stromführende Elektrode des ersten Ein gangstransistors (21 B) mit einer dritten Konstantstrom quelle (23) und die zweite stromführende Elektrode des zweiten Eingangstransistors (22 B) mit einer vierten Konstantstromquelle (24) verbunden sind,
(d) einen ersten Verstärkungswiderstand (25 A) zwischen den ersten stromführenden Elektroden der ersten und zweiten Eingangstransistoren (21 B, 22 B), und
(e) eine Einrichtung (46 A, 36 B) zum Vorspannen der Steuer elektroden der ersten und zweiten Ausgangstransistoren (43, 44), so daß erste und zweite Ausgangsströme (I ₀₁, I ₀₂) durch die zweiten stromführenden Elektroden der ersten und zweiten Ausgangstransistoren (43, 44) flie ßen.