DE3912713A1 - Elektrische einrichtung vom gesteuerten schwellentyp und komparator, der eine solche verwendet - Google Patents

Elektrische einrichtung vom gesteuerten schwellentyp und komparator, der eine solche verwendet

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Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Einrichtung vom ge­ steuerten Schwellentyp und einen Komparator, der eine solche ver­ wendet. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine elek­ trische Einrichtung vom gesteuerten Schwellentyp, die eine Spannungsansprecheinrichtung mit einer vorgeschriebenen Schwelle aufweist, die eine darin eingegebene externe Ein­ gangsspannung empfängt und auf diese anspricht, wobei der Zustand der Spannungsansprecheinrichtung entsprechend einer Bezugsgröße zwischen der Schwelle und der externen Eingangs­ spannung sich ändert, und die Schwelle durch eine Steuer­ spannung gesteuert ist, und auf einen Komparator, der eine solche elektrische Einrichtung vom gesteuerten Schwellen­ typ verwendet, zum Bestimmen der Größe der eingegebenen ex­ ternen Eingangsspannung aufgrund einer eingegebenen Refe­ renzeingangsspannung zum Ausgeben des Ergebnisses der Be­ stimmung.
Die Schwellenspannung V T eines MOS-Transistors oder der­ gleichen fluktuiert im allgemeinen wegen Unterschieden in den verschiedenen Parametern, wie zum Beispiel einer anfäng­ lichen Schwellenspannung V T 0 und einer Substrateffektkon­ stanten γ. Zum Beispiel kann die anfängliche Schwellenspan­ nung V T 0 sich von einem gewünschten Wert um etwa 100 mV bis einigen 100 mV wegen kleiner Unterschiede in den Herstel­ lungsbedingungen unterscheiden. Da die genaue Steuerung der verschiedenen Parameter während der Herstellung des Transi­ stors schwierig ist, muß die Schwellenspannung V T auf der Grundlage von Messungen nach der Herstellung zum Vorsehen einer gewünschten Schwellenspannung V T gesteuert werden.
Fig. 11A zeigt eine vorgeschlagene elektrische Einrichtung zum Begegnen der oben beschriebenen Notwendigkeit. Die Figur ist ein Schaltungsdiagramm einer elektrischen Einrichtung vom gesteuerten Schwellentyp zum elektrischen Steuern der Schwellenspannung V T eines MOS-Transistors nach der Herstel­ lung. Fig. 11B zeigt als schematische Schnittansicht den Aufbau der elektrischen Einrichtung, die später anhand von Fig. 11A gezeigt wird. Eine Drain D eines N-Kanal-MOS-Tran­ sistors 1 ist mit einem Eingangsanschluß 2 verbunden, und eine Source S ist mit einem Anschluß 3 verbunden. Ein Gate G ist mit einer nicht gezeigten Steuerschaltung verbunden, und eine externe Eingangsspannung V 2 ist dazu als eine Gate­ spannung eingegeben. Ein positiver Potentialanschluß einer Spannungsquelle 4 ist mit der Source S verbunden, und der negative Potentialanschluß ist mit einem Backgate B verbun­ den. In Fig. 11B bezeichnen die Bezugszeichen "p" und "n" in Klammern die Leitfähigkeitstypen des Halbleiters des n- Kanal-MOS-Transistors, während die Zeichen "+" bzw. "-" höhere bzw. geringere Verunreinigungskonzentrationen anzei­ gen. In Fig. 11B ist ein Gateoxidfilm und ein Feldoxidfilm weggelassen.
Im folgenden wird die Betriebsweise beschrieben. Eine Span­ nung zwischen der Source und dem Backgate (Source-Backgate- Spannung) V SB des N-Kanal-MOS-Transistors 1 stellt ein Potential der Source S dar, wobei das Backgate B eine Refe­ renz darstellt. Die Source-Backgate-Spannung V SB wird durch die Spannungsquelle 4 gesteuert. Es ist bekannt, daß die Beziehung zwischen der Source-Backgate-Spannung V SB und der Schwellenspannung V T durch die folgende Gleichung (1) dar­ gestellt werden kann (genauer (1a) und (1b). Die Schwellenspannung V T eines N-Kanal-MOS-Transistors wird durch folgende Gleichung dargestellt (s. "Analysis and Design of Analog Integrated Circuits (Second Edition)", P.R. Gray et. al., veröffentlicht von John Wiley and Sons, S. 63 ):
Die Schwellenspannung V T eines P-Kanal-MOS-Transistors wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt:
In den Gleichungen (1a) und (1b) bezeichnet die Bezugsgröße V T 0 die anfängliche Schwellenspannung, wenn die Source-Back­ gate-Spannung V SB = 0, die Bezugsgröße Φ f bezeichnet ein Fermi-Niveau eines Substrates oder einer Wanne entsprechend dem Backgate-Bereich (genauer, eine Differenz zwischen einem intrinsischen Fermi-Niveau und dem Fermi-Niveau), und die Bezugsgröße γ bezeichnet eine positive Konstante, die Sub­ strateffektkonstante genannt wird.
Bei einem N-Kanal-MOS-Transistor stellt die Schwellenspannung V T ein Potential des Gates G dar, wobei die Source S zu Be­ ginn des Flusses des Drainstromes I D als Referenz dient. Falls der N-Kanal-MOS-Transistor vom Anreicherungstyp (enhancement) ist, stellt die Schwellenspannung V T einen positiven Wert dar. Wenn das Potential des Backgates B klein wird und die Source-Backgate-Spannung V SB groß wird, wird die Schwellenspannung V T entsprechend der Gleichung (1a) groß. Im Falle eines P-Kanal-MOS-Transistors stellt die Schwellenspannung V T ein Potential des Gates G dar, wobei die Source S zu Beginn des Flusses des Drainstromes I D die Referenz darstellt. Diese wird einen negativen Wert haben, wenn der Transistor vom Anreicherungstyp (enhancement) ist. Wenn das Potential des Backgates B verringert wird und die Source-Backgate-Spannung V SB groß wird (d.h. |V SB | wird klein), wird die Schwellenspannung V T entsprechend der Glei­ chung (1b) groß (da diese einen negativen Wert darstellt, wird dessen Absolutwert klein). Unter Bezugnahme auf die Fig. 11A und 11B kann die Schwellenspannung V T des N- Kanal-MOS-Transistors 1 nämlich durch Ändern der Source- Backgate-Spannung V SB durch die Spannungsquelle 4 geändert werden. Die Steuerung der Schwelle des N-Kanal-MOS-Transi­ stors 1 kann auf diese Weise durchgeführt werden.
Fig. 12 zeigt ein Schaltungsdiagramm eines weiteren Beispie­ les einer elektrischen Einrichtung vom gesteuerten Schwellen­ typ. Eine Drain eines N-Kanal-MOS-Transistors 115, der ein Beispiel einer ersten Stromquelle vom Spannungssteuertyp darstellt, und eine Drain eines P-Kanal-MOS-Transistors 114, der ein Beispiel einer zweiten Stromquelle vom Spannungs­ steuertyp darstellt, sind miteinander verbunden und bilden einen invertierenden Verstärker 101. Ein Eingangsanschluß 111 des invertierenden Verstärkers 101 ist aus einem Anschluß gebildet, der mit einem Gate des N-Kanal-MOS-Transistors 115 verbunden ist, und eine externe Eingangsspannung V 2, die eine analoge Spannung darstellt, ist an den Eingangs­ anschluß 111 angelegt. Dabei ist ein Vorspannungseingangs­ anschluß 113 des invertierenden Verstärkers 101 aus einem Anschluß gebildet, der mit dem Gate des P-Kanal-MOS-Transi­ stors 114 verbunden ist, und eine Steuerspannung V c mit einem vorgeschriebenen Spannungswert ist an den Vorspannungsein­ gangsanschluß angelegt.
Im folgenden wird die Betriebsweise der in Fig. 12 gezeigten elektrischen Einrichtung vom Schwellentyp beschrieben.
Wenn ein MOS-Transistor in einem Sättigungszustand betrieben wird, ändert sich im allgemeinen der Drainstrom, wenn sich die Spannung zwischen dem Gate und der Source ändert. Jedoch ändert sich der Drainstrom nicht so viel, auch wenn die Span­ nung zwischen dem Drain und der Source sich ändert. Der MOS- Transistor ist nämlich weitläufig als eine Stromquelle vom Spannungssteuertyp bekannt, bei dem der Drainstrom durch die Gatespannung gesteuert werden kann.
Wenn die Drains D des P-Kanal-MOS-Transistors 114 und des N-Kanal-MOS-Transistors 115 miteinander verbunden sind und eine Vorspannung an den P-Kanal-MOS-Transistor 114 angelegt ist, ist der invertierende Verstärker 101 durch die Transi­ storen 114 und 115 gebildet, wobei ein Ausgangsanschluß 112 einen mit den Drains D verbundenen Anschluß darstellt und ein Eingangsanschluß 111 einen mit dem Gate des N-Kanal-MOS- Transistors 115 verbundenen Anschluß darstellt. Wenn ins­ besondere ein in den N-Kanal-MOS-Transistor 115 fließender Treiberstrom ungefähr mit einem von dem P-Kanal-MOS-Transi­ stor 114 fließenden Vorstrom übereinstimmt, wird der Ausgang des invertierenden Verstärkers 101 ein Zwischenpotential zwischen der Versorgungsspannung V DD und der Massespannung darstellen, und das Gleichgewicht wird gehalten. Wenn die Eingangsspannung des invertierenden Verstärkers 101 sich leicht ändert und das Gleichgewicht verlorengeht, wird sich einer der MOS-Transistoren aus dem Sättigungszustand heraus befinden, und die Ausgangsspannung ändert sich, bis die Funktion als Stromquelle verlorengeht. Dies sind wohlbekannte Tatsachen, die auch in den Seiten 726 bis 729 des oben er­ wähnten Artikels offenbart sind. Daher kann durch Ändern der Steuerspannung V C die die Vorspannung darstellt, ein kritischer Punkt gesteuert werden, bei dem die Ausgangsspan­ nung V OUT sich stark ändert als Reaktion auf kleine Ande­ rungen der externen Eingangsspannung V 2. Der kritische Punkt, bei dem sich die Ausgangsspannung V OUT als Reaktion auf eine kleine Änderung der externen Spannung stark ändert, wird Schwelle genannt, und in diesem Falle insbesondere eine Ein­ gangsschwelle, und die Ausgangsspannung V OUT ändert sich zu und von einem ersten Logikzustand (niedriger Pegel) und einem zweiten Logikzustand (hoher Pegel) in Äbhängigkeit davon, ob die externe Eingangsspannung V 2 größer oder kleiner als die Eingangsschwelle ist.
Kurz gesagt, weist eine elektrische Einrichtung vom gesteuer­ ten Schwellentyp eine Spannungsansprecheinrichtung auf, wel­ che beispielsweise aus einem in den Fig. 11A und 11B ge­ zeigten Transistor 1 oder einem in Fig. 12 gezeigten inver­ tierenden Verstärker 101 gebildet ist. Eine Ausgangsspannung der Spannungsansprecheinrichtung ändert sich zu und von einem ersten Logikzustand und einem zweiten Logikzustand als Reak­ tion auf eine Größe der externen Eingangsspannung, wobei eine Schwelle die Referenzgröße darstellt. Bei der gezeigten elektrischen Einrichtung vom gesteuerten Schwellentyp wird die Schwelle in der Spannungsansprecheinrichtung auf einen gewünschten Wert durch Eingeben einer Steuerspannung von konstanter Größe eingestellt.
Während dessen zeigt Fig. 7 ein schematisches Diagramm eines typischen A/D-Wandlers. Der A/D-Wandler weist eine Mehrzahl von Komparatoren 500 zum Bestimmen der Größe der eingegebenen externen Eingangsspannung aufgrund der eingegebenen Referenz­ eingangsspannung auf und gibt das Ergebnis der Bestimmung aus. Fig. 13 zeigt in einem Diagramm einen der Mehrzahl der Komparatoren 500.
In Fig. 13 stellt das Bezugszeichen 201 einen invertierenden Verstärker dar, der in diesem Falle ein CMOS-Inverter ist. Das Bezugszeichen 204 bezeichnet ein Transmissionsgatter, das in einer Verdrahtung enthalten ist, die einen Eingangs­ abschnitt und einen Ausgangsabschnitt des invertierenden Verstärkers 201 verbindet. Das Bezugszeichen 202 bezeichnet einen Kondensator, dessen eine Elektrode mit dem Eingangsab­ schnitt des invertierenden Verstärkers 201 verbunden ist und dessen andere Elektrode mit Transmissionsgattern 203 und 205 verbunden ist. Die Transmissionsgatter 203 und 205 sind jeweils mit vergleichenden Spannungseingangsanschlüssen 104 und 105 verbunden.
Es folgt die Beschreibung der Betriebsweise. Der Betrieb des Komparators 500 weist zwei Zyklen auf. Zuerst, wenn ein Taktsignal Φ sich auf einem niedrigen Pegel (L) befindet, werden die Transmissionsgatter 203 und 204 eingeschaltet. Dementsprechend wird eine Spannung auf einer Eingangsseite des Kondensators 202 auf V 1 geladen. Da die Eingangs- und Ausgangsabschnitte des invertierenden Verstärkers 201 über das Transmissionsgatter 204 miteinander verbunden sind, wird eine Ausgangsseite des Kondensators 202 auf eine Spannung V BP geladen, die am Schnittpunkt einer Kurve 401, die eine Übertragungsfunktion der Schaltung (im folgenden als Über­ tragungskurve bezeichnet) darstellt und einer Linie 402, auf der die Eingangsspannung V 3 gleich der Ausgangsspannung V OUT des in Fig. 14 gezeigten invertierenden Verstärkers 201 ist, vorgesehen ist.
Wenn das Taktsignal Φ hochpegelig wird, werden die Trans­ missionsgatter 203 und 204 ausgeschaltet, und das Übertra­ gungsgatter 205 wird eingeschaltet, und das Potential auf der Eingangsseite des Kondensators 202 ändert sich von V 1 auf V 2. Dabei wird ein Knoten auf der Ausgangsseite des Kon­ densators 202 gleichzeitig auf einen schwebenden Zustand gebracht, und daher wird die Spannungsänderung auf der Ein­ gangsseite des Kondensators 202 auf den invertierenden Ver­ stärker 201 übertragen. Daher, wenn V 2 < V 1, ändert sich V 3 in einer positiven Richtung, und der Ausgang des inver­ tierenden Verstärkers bewegt sich von V BP in einer negativen Richtung. Wenn V 2 < V 1, ändert sich V 3 in der negativen Rich­ tung, und der Ausgang des invertierenden Verstärkers 201 bewegt sich von V BP in die positive Richtung. Dabei bezeich­ net das Bezugszeichen V 1 eine Referenzeingangsspannung von der Seite der in Fig. 7 gezeigten Referenzspannung 504, und das Bezugszeichen V 2 bezeichnet eine externe Eingangsspan­ nung, deren Größe, wie in Fig. 7 gezeigt, zu bestimmen ist.
Wenn die Spannung auf der Eingangsseite des Kondensators 202 kleiner wird, wird auf diese Weise die Ausgangsspannung V OUT auf der Ausgangsseite des invertierenden Verstärkers 201 verstärkt, und die Ausgangsspannung V OUT ändert sich in einer Amplitude, die ungefähr die gleiche wie die Versor­ gungsspannung beträgt, wobei V BP die Mitte darstellt.
Fig. 15 veranschaulicht die Änderung der Ausgangsspannung V OUT . Eine in der oberen Hälfte der Fig. 15 gezeigten Kurve zeigt, wie sich die Ausgangsspannung V OUT mit dem Ablauf der Zeit ändert, wobei die Ordinate die Ausgangsspannung V OUT darstellt, und die Abszisse die Zeit t darstellt.
Die untere Hälfte der Fig. 15 zeigt, wie sich die Taktsignale im Verlauf der Zeit t ändern, wobei das Bezugszeichen H be­ deutet, daß sich das Taktsignal auf dem hohen Pegel befindet, während das Bezugszeichen L bedeutet, daß sich das Taktsignal auf dem niedrigen Pegel befindet. Wenn sich das Taktsignal Φ auf dem hohen Pegel befindet, befindet sich das Taktsignal auf dem niedrigen Pegel. Wenn sich das Taktsignal Φ auf dem hohen Pegel befindet, wird die Spannung auf der Eingangs­ seite des Kondensators 202 wie oben beschrieben auf V 1 ge­ laden und die Ausgangsspannung aus dem invertierenden Ver­ stärker 201 wird auf V BP erhalten. Wenn die Beziehung zwi­ schen den Eingangsspannungen V 1 < V 2 beträgt, wird die Aus­ gangsspannung V out allmählich größer ab dem Moment, bei dem die Taktsignale Φ und geschaltet werden. Ab dem nächsten Punkt des Schaltens der Taktsignale wird die Ausgangsspannung des invertierenden Verstärkers 201 verringert und geht auf die Spannung V BP zurück. Wenn die Beziehung zwischen den Eingangsspannungen auf V 1 < V 2 geändert wird, verringert sich die Ausgangsspannung des invertierenden Verstärkers 201 allmählich ab dem nächsten Schaltpunkt der Taktsignale. Die Ausgangsspannung des invertierenden Verstärkers 201 ändert sich entsprechend dem Schalten der Taktsignale wie durch die durchgezogene Linie gezeigt, was den Vergleich der Größe der Eingangsspannung V 1 mit der Größe der Spannung V 2 ermöglicht. Wenn die Ausgangsamplitude der Ausgangsspan­ nung V out zu klein ist, wird ein zusätzlicher invertierender Verstärker, der den gleichen Aufbau wie der invertierende Verstärker 201 aufweist, kaskadenartig in der allgemein üb­ lichen Weise verbunden.
Jedoch kann sich bei den in den Fig. 11A, 11B und 12 ge­ zeigten elektrischen Einrichtungen vom gesteuerten Schwellen­ typ die anfänglich gesetzte Schwelle möglicherweise während der Verwendung aufgrund des Einflusses von Wärme und der­ gleichen ändern. Da die Steuerspannung der Einrichtung kon­ stant und nicht änderbar ist, kann diese mit den Fluktuatio­ nen der Schwelle während der Verwendung nicht dynamisch zu­ rechtkommen. Daher kann die Einrichtung nicht genau auf die Größe der externen Eingangsspannung ansprechen, wegen der Anderung der Schwellen während der Verwendung.
Der in Fig. 13 gezeigte Komparator besitzt die folgenden Nach­ teile.
(1) Wie aus der vorhergehenden Beschreibung des Betriebes und aus Fig. 15 ersichtlich, wird zum Laden der Span­ nung der Ausgangsseite des Kondensators auf V BP eine Zeitdauer (dargestellt durch T in Fig. 15) benötigt, bevor die Differenz zwischen den Eingangsspannungen wirklich verstärkt wird, wodurch die gesamte Betriebs­ dauer des Komparators erhöht wird.
(2) Auf einem Signalpfad von dem vergleichenden Spannungs­ eingangsanschluß 104 oder 105 zu dem invertierenden Verstärker 201 befinden sich EIN-Widerstände der Trans­ missionsgatter 203 und 205 und Kapazitäten, die durch den Kondensator 202 und dessen Streukapazitäten 301 und 302 gebildet sind, die eine RC-Verzögerung verur­ sachen und zusätzlich den Ansprechbetrieb des invertie­ renden Verstärkers verringern.
(3) Falls die Zeitdauer zum Laden des Kondensators verkürzt wird, um die Betriebsdauer des Komparators zu verkür­ zen, kann möglicherweise die Ausgangsspannung fluk­ tuieren, da der Kondensator nicht voll geladen wird.
(4) Ein Rauschen des Taktsignales wird in der Eingangsseite des invertierenden Verstärkers 201 über parasitäre Kapazitäten 303 und 304 beim Ausschalten des Trans­ missionsgatters 204 erzeugt. Die Rauschladungen sind zwischen dem Transmissionsgatter 204 und der Eingangs­ seite des invertierenden Verstärkers 201 beim Ausschal­ ten des Transmissionsgatters 204 eingeschlossen und beeinflussen den Schaltungsbetrieb. Fig. 15 veran­ schaulicht die schlechten Einflüsse auf die Ausgangs­ spannung V out aus dem Rauschen. Die durch das Rauschen beeinflußte, tatsächliche Ausgangsspannung ist durch eine gestrichelte Linie in Fig. 15 dargestellt. Da diese Rauschladungen der Eingangsseite des invertieren­ den Verstärkers 201 addiert werden, wird die Ausgangs­ spannung des invertierenden Verstärkers 201 um diesen Betrag größer, und daher unterscheidet sich die tat­ sächliche Ausgangsspannung beträchtlich von der idealen Ausgangsspannung, die frei von den Einflüssen des Rau­ schens ist und durch die durchgezogene Linie darge­ stellt ist. Damit ergibt sich ein ernster Nachteil, der die wesentliche Leistungsfähigkeit des Komparators beeinflußt, dadurch, daß die Beziehung zwischen der Größe der Eingangsspannung V 1 und der von V 2 nicht genau verglichen werden kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektrische Einrichtung vom gesteuerten Schwellentyp vorzusehen, die fähig ist, Fluktuationen der Schwelle der Spannungsansprecheinrichtung zu verhindern, welche nicht nur durch den Unterschied der verschiedenen Parameter beim Herstellen, sondern auch durch Einflüsse nach der Herstellung, wie zum Beispiel Wärme wäh­ rend der Verwendung verursacht werden, und die Schwelle in geeigneter Weise zu steuern.
Aufgabe ist es ferner, eine elektrische Einrichtung vom ge­ steuerten Schwellentyp vorzusehen, die fähig ist, eine Fluk­ tuation der Schwelle eines Transistors zu verhindern, die nicht nur durch Unterschiede in den verschiedenen Parametern bei der Herstellung, sondern auch durch Einflüsse nach der Herstellung, wie zum Beispiel Wärme während der Verwendung, verursacht wird, zum geeigneten Steuern der Schwelle.
Aufgabe ist es schließlich, einen sehr genauen Komparator vorzusehen, der Ausgangsfluktuationen verhindern kann.
Diese Aufgabe wird durch eine elektrische Einrichtung vom gesteuerten Schwellentyp entsprechend dieser Erfindung ge­ löst. Diese elektrische Einrichtung weist eine Vergleichs­ einrichtung, eine Spannungsansprecheinrichtung und eine Span­ nungsausgabeeinrichtung für die entsprechende Schwelle auf. Die Vergleichseinrichtung empfängt eine Referenzeingangs­ spannung und eine Rückkopplungseingangsspannung, die darin eingegeben werden, vergleicht die beiden Eingangsspannungen und gibt eine vorgeschriebene Steuerspannung aus, wobei die Steuerspannung und eine externe Eingangsspannung in die Span­ nungsansprecheinrichtung eingegeben sind. Die Spannungsan­ sprecheinrichtung weist eine vorbestimmte erste Schwelle auf und empfängt die Steuerspannung von der Vergleichsein­ richtung und eine externe Eingangsspannung, wobei die erste Schwelle durch die Steuerspannung gesteuert ist, und der Zustand der Spannungsansprecheinrichtung sich entsprechend einer Größenbeziehung zwischen der ersten Schwelle und der externen Eingangsspannung ändert. Die Spannungsausgabeein­ richtung für die entsprechende Schwelle, die eine vorbe­ stimmte zweite Schwelle aufweist, empfängt die von der Ver­ gleichseinrichtung ausgegebene Steuerspannung zum Ausgeben einer Schwellenfolgespannung, deren Wert der zweiten Schwelle entspricht, wobei die zweite Schwelle durch die Steuerspan­ nung gesteuert ist, während eine vorgeschriebene Beziehung mit der ersten Schwelle der Spannungsansprecheinrichtung erhalten ist, und die Schwellenfolgespannung als die Rück­ kopplungsspannung an die Vergleichseinrichtung rückgekoppelt ist. Dadurch wird durch die Spannungsausgabeeinrichtung für die entsprechende Schwelle eine Rückkopplungsschleife an die Vergleichseinrichtung gebildet, und die Steuerspannung wird so gesteuert, daß die erste Schwelle der Spannungsan­ sprecheinrichtung sich einem angestrebten Wert nähert.
Bei der elektrischen Einrichtung vom gesteuerten Schwellentyp entsprechend dieser Erfindung wird die Referenzeingangsspan­ nung mit einer Rückkopplungseingangsspannung durch die Ver­ gleichseinrichtung verglichen, zum Vorsehen einer vorge­ schriebenen Steuerspannung. Die Steuerspannung und eine externe Eingangsspannung werden in die Spannungsansprechein­ richtung eingegeben, wobei die Spannungsansprecheinrichtung eine erste Schwelle aufweist, die durch die Steuerspannung gesteuert wird und auf die externe Eingangsspannung an­ spricht, und der Zustand der Ansprecheinrichtung sich ent­ sprechend einer Größenbeziehung zwischen der externen Ein­ gangsspannung und der ersten Schwelle ändert.
Die von der Vergleichseinrichtung ausgegebene Steuerspannung wird ebenso in die Spannungsausgabeeinrichtung für die ent­ sprechende Schwelle eingegeben, und eine Schwellenfolgen­ spannung, die durch die Steuerspannung gesteuert ist, während eine vorgeschriebene Beziehung mit der ersten Schwelle erhal­ ten wird, wird von der Spannungsausgabeeinrichtung für die ent­ sprechende Schwelle ausgegeben, und die Schwellenfolgespan­ nung wird an die Vergleichseinrichtung als eine Rückkopp­ lungsspannung rückgekoppelt. Eine Rückkopplungsschleife für die Spannungsausgabeeinrichtung für die entsprechende Schwelle wird durch die Vergleichseinrichtung gebildet, und die Steuerspannung wird so gesteuert, daß die erste Schwelle der Spannungsansprecheinrichtung sich einem gewünschten Wert nähert.
Durch die Funktion der Rückkopplungsschleife, die die Ver­ gleichseinrichtung enthält, wird nämlich die Größe der Steuerspannung, d.h. das Steuerbetriebssignal so gesteuert, daß der Betrag der Steuerung des Steuerobjektes, d.h. die von der Spannungsausgabeeinrichtung für die entsprechende Schwelle ausgegebene Schwellenfolgespannung, sich einer vor­ geschriebenen Größe nähert. Da die Steuerspannung ebenso an die Spannungsansprecheinrichtung eingegeben wird, die die erste Schwelle aufweist, die während dem Aufrechterhalten einer konstanten Beziehung mit der zweiten Schwellenspannung gesteuert wird, wird die erste Schwelle der Spannungsan­ sprecheinrichtung so eingestellt, daß sie sich einem ange­ strebten Wert nähert. Als Folge davon, auch wenn sich die erste Schwelle der Spannungsansprecheinrichtung unter den Einflüssen nach der Herstellung wie zum Beispiel Wärme, ändert, ist dieser Einfluß nach der Herstellung auch auf die Spannungsausgabeeinrichtung für die entsprechende Schwelle vorhanden, und der Schwellenwert, d.h. der Steuer­ betrag, wird geändert, wodurch eine Steuerspannung, d.h. das Steuerbetriebssignal, das den Betrag der Änderung der Schwellenfolgespannung ausmacht, d.h. die Steuerabweichung, die Null sein soll,von der Vergleichseinrichtung ausgegeben wird, und daher wird die erste Schwelle der Spannungsansprechein­ richtung modifiziert und bei dem erstrebten Wert gehalten.
Entsprechend einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Spannungsausgabeeinrichtung für die entsprechende Schwelle eine Schwelle auf, die durch die Steuerspannung gesteuert wird, während derselbe Wert wie die erste Schwelle der Spannungsansprecheinrichtung gehalten wird.
Da die Spannungsausgabeeinrichtung für die entsprechende Schwelle wie oben beschrieben aufgebaut ist, werden die erste Schwelle und die zweite Schwelle gesteuert, und es wird eine Beziehung einer Eins-zu-Eins-Entsprechung erhalten, eine Schwelle entsprechend dieser Schwelle wird an die Vergleichs­ einrichtung rückgekoppelt, und die erste Schwelle kann leicht aufgrund der Schwellenfolgespannung gesteuert werden.
Entsprechend einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Spannungsausgabeeinrichtung für die entsprechende Schwelle eine erste und eine zweite spannungsgesteuerte Stromquelle auf, von denen jede einen Steuerspannungsein­ gangsabschnitt und einen Ausgangsabschnitt zum Ausgeben eines Stromes, dessen Größe durch eine an den Steuerspannungsein­ gangsabschnitt angelegte Spannung gesteuert ist, aufweist. Ferner ist ein Schwellenfolgespannungsausgangsanschluß vorgesehen, der mit dem Steuerspannungseingangsabschnitt der ersten span­ nungsgesteuerten Stromquelle und den entsprechenden Ausgangs­ abschnitten der ersten und zweiten spannungsgesteuerten Stromquellen verbunden ist, zur Ausgabe der Schwellenfolge­ spannung. Außerdem ist ein Vorspannungseingangsanschluß vor­ gesehen, der mit dem Steuerspannungseingangsabschnitt der zweiten spannungsgesteuerten Stromquelle verbunden ist, zur Eingabe einer Steuerspannung von der Vergleichseinrichtung als eine Vorspannung.
Entsprechend einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung weist die Spannungsansprecheinrichtung eine erste und eine zweite spannungsgesteuerte Stromquelle, von denen jede einen Steuerspannungseingangsabschnitt und einen Ausgangsabschnitt zum Ausgeben eines Stromes aufweist, dessen Größe durch eine an den Steuerspannungseingangsabschnitt angelegte Spannung gesteuert ist, einen Eingangsanschluß, der mit dem Steuerspannungseingangsabschnitt der ersten spannungsgesteuerten Stromquelle zum Empfangen der externen Eingangsspannung angeschlossen ist, einen Ausgangsanschluß, der mit den jeweiligen Ausgangsabschnitten der ersten und der zweiten spannungsgesteuerten Stromquellen verbunden ist, zur Ausgabe der Ausgangsspannung, die den in Verbindung mit der ersten Schwelle bestimmten ersten oder zweiten Logik­ zustand aufweist, als Reaktion auf die externe Eingangsspan­ nung, und einen Vorspannungseingangsanschluß, der mit dem Steuerspannungseingangsabschnitt der zweiten spannungsge­ steuerten Stromquelle zur Eingabe der Steuerspannung von der Vergleichseinrichtung als eine Vorspannung verbunden ist, auf.
Entsprechend eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels dieser Erfindung weist die erste spannungsgesteuerte Strom­ quelle einen ersten Transistor eines bestimmten Leitungstyps auf, und die zweite spannungsgesteuerte Stromquelle weist einen zweiten Transistor eines zum ersten Transistor ent­ gegengesetzten Leitfähigkeitstyps auf.
Die Aufgabe wird durch eine elektrische Einrichtung vom ge­ steuerten Schwellentyp entsprechend dieser Erfindung gelöst, die einen ersten Transistor, einen zweiten Transistor und eine Differenzverstärkereinrichtung aufweist. Der erste Transistor weist eine erste und eine zweite Steuerelek­ trode und einen ersten und einen zweiten Leitungsanschluß auf, wobei die erste Steuerelektrode mit dem ersten Leitungs­ anschluß verbunden ist und der erste Leitungsanschluß mit einem Strom von einer Stromversorgungseinrichtung versorgt ist und der zweite Leitungsanschluß mit einer vorgeschrie­ benen Spannung belegt ist. Der zweite Transistor weist eine erste und eine zweite Steuerelektrode und einen ersten und einen zweiten Leitungsanschluß auf, wobei der zweite Lei­ tungsanschluß mit einer vorgeschriebenen Spannung belegt ist, und die zweite Steuerelektrode mit der zweiten Steuer­ elektrode des ersten Transistors verbunden ist. Die Diffe­ renzverstärkereinrichtung weist einen mit dem ersten Lei­ tungsanschluß des ersten Transistors verbundenen ersten Ein­ gangsanschluß und einen zweiten Eingangsanschluß auf, an den eine Referenzeingangsspannung eingegeben ist. Die Dif­ ferenzverstärkereinrichtung legt die Ausgänge an die zweiten Steuerelektroden des ersten und des zweiten Transistors an, wodurch eine negative Rückkopplungsschleife durch den ersten Transistor zu der Differenzverstärkereinrichtung gebildet ist.
Entsprechend einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die erste Steuerelektrode und der erste Leitungsanschluß des ersten Transistors miteinander verbunden, und ein Strom wird an den ersten Leitungsanschluß angelegt, wodurch die Schwellenfolgespannung an den ersten Eingangsanschluß der Differenzverstärkereinrichtung angelegt ist. Die Differenz­ verstärkereinrichtung, in der die negative Rückkopplungs­ schleife gebildet ist, liefert eine Ausgangsspannung, die so ausgebildet ist daß sie die an dessen ersten Eingangs­ anschluß angelegte Schwellenfolgespannung mit der an den zweiten Eingangsanschluß angelegten Referenzeingangsspannung abgleicht. Die Ausgangsspannung ist an die zweite Steuer­ elektrode des ersten Transistors angelegt, wodurch der erste Transistor so gesteuert wird, daß dessen Schwellenspannung sich der Referenzeingangsspannung nähert. Da dieselbe Aus­ gangsspannung wie die Ausgangsspannung, die an die zweite Steuerelektrode des ersten Transistors eingegeben ist, eben­ so an die zweite Steuerelektrode des zweiten Transistors angelegt ist, wird der zweite Transistor so gesteuert, daß dessen Schwelle sich einem erstrebten Wert entsprechend der Referenzeingangsspannung nähert.
Die Aufgabe wird weiterhin durch einen Komparator gelöst, der eine Referenzeingangsspannung und eine externe Eingangsspannung zur Bestimmung der Größe der externen Eingangsspannung aufgrund der Referenzeingangs­ spannung empfängt und das Ergebnis der Bestimmung ausgibt. Der Komparator weist eine Vergleichseinrichtung, eine Ein­ richtung zum Bestimmen der Vergrößerung der externen Ein­ gangsspannung, und eine Spannungsausgabeeinrichtung für die entsprechende Schwelle auf. Die Vergleichseinrichtung emp­ fängt die Referenzeingangsspannung und eine Rückkopplungs­ eingangsspannung, vergleicht die beiden Eingangsspannungen und gibt eine vorgeschriebene Steuerspannung aus, wobei die Steuerspannung und die externe Eingangsspannung in die Ein­ richtung zum Bestimmen der Vergrößerung der externen Ein­ gangsspannung eingegeben sind. Die Einrichtung zum Bestimmen der Vergrößerung der externen Eingangsspannung mit einer vorbestimmten Logikbestimmungsschwelle gibt ein Ergebnis der Bestimmung der Vergrößerung der externen Eingangsspan­ nung aus, wobei die Logikbestimmungsschwelle eine Referenz darstellt, und die Logikbestimmungsschwelle durch die einge­ gebene Steuerspannung gesteuert ist. Die Spannungsausgabe­ einrichtung für die entsprechende Schwelle weist einen vor­ bestimmten Schwellenwert auf und empfängt die von der Ver­ gleichseinrichtung ausgegebene Steuerspannung und gibt eine Schwellenfolgespannung entsprechend der Schwelle aus, wobei die Schwelle durch die Steuerspannung während des Erhaltens einer vorgeschriebenen Beziehung mit der Logikbestimmungs­ schwelle der Einrichtung zum Bestimmen der Vergrößerung der externen Eingangsspannung durch die Steuerspannung gesteuert wird, und die Spannungsausgabeeinrichtung für die entspre­ chende Schwelle die Schwellenfolgespannung an die Vergleichs­ einrichtung als die Rückkopplungsspannung rückkoppelt, wo­ durch eine Rückkopplungsschleife zu der Vergleichseinrichtung durch die Spannungsausgabeeinrichtung für die entsprechende Schwelle gebildet ist, und die Steuerspannung so gesteuert wird, daß die Logikbestimmungsschwelle der Einrichtung zum Bestimmen der Vergrößerung der externen Eingangsspannung sich durch die Rückkopplungsschleife einem angestrebten Wert nähert.
Bei dem Komparator entsprechend der weiteren Ausführungsform dieser Erfindung wird die Bestimmung der Größe der externen Eingangsspannung, die in die Einrichtung zur Bestimmung der Größe der externen Eingangsspannung eingegeben ist, unter Verwendung der gesteuerten Logikbestimmungsschwelle als eine Referenz durchgeführt, und das Resultat der Bestimmung wird von der Einrichtung zur Bestimmung der Größe der externen Eingangsspannung ausgegeben. Die Steuerspannung wird ebenso in die Spannungsausgabeeinrichtung für die entsprechende Schwelle eingegeben, die Schwelle wird durch die Steuerspan­ nung gesteuert, während eine vorgeschriebene Beziehung mit der Logikbestimmungsschwelle erhalten wird, und eine Schwel­ lenfolgespannung, deren Wert der Schwelle entspricht, wird zum Rückkoppeln an die Vergleichseinrichtung als eine Rück­ kopplungsspannung ausgegeben. Durch die Rückkopplungs­ schleife, die die Spannungsausgabeeinrichtung für die ent­ sprechende Schwelle aufweist, wird die Steuerspannung so gesteuert, daß die Logikbestimmungsschwelle der Einrichtung zur Bestimmung der Größe der externen Eingangsspannung sich einem angestrebten Wert nähert.
Durch die Rückkopplungsschleife, die die Spannungsausgabe­ einrichtung für die entsprechende Schwelle aufweist, nähert sich nämlich die Steuerspannung, d.h. die Größe des Steuer­ betriebssignales wird so gesteuert, daß die von der Span­ nungsausgabeeinrichtung für die entsprechende Schwelle aus­ gegebene Schwellenfolgespannung, d.h. der Betrag der Steue­ rung des Objektes, sich einer vorgeschriebenen Größe. Da die Steuerspannung ebenso in die Einrichtung zur Bestim­ mung der Größe der externen Eingangsspannung, die den Logik­ bestimmungsschwellenwert steuert, während eine konstante Beziehung mit der Schwellenfolgespannung erhalten wird, ein­ gegeben wird, wird die Logikbestimmungsschwelle der Einrich­ tung zur Bestimmung der Größe der externen Eingangsspannung so gesteuert, daß sie sich einem angestrebten Wert nähert. Wenn eine externe Eingangsspannung in die Einrichtung zum Bestimmen der Vergrößerung der externen Eingangsspannung, bei der sich die Logikbestimmungsschwelle einem angestrebten Wert nähert, eingegeben wird, wird die Bestimmung der Größe aufgrund der geeignet gesteuerten Logikbestimmungsschwelle durchgeführt, und ein genaues Ergebnis der Bestimmung der Größe entsprechend der geeigneten Logikbestimmungsschwelle wird ausgegeben.
Entsprechend einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung weist die Wertausgabeeinrichtung für die entspre­ chende Schwelle eine Schwelle auf, die durch die Steuerspan­ nung gesteuert wird, während diese auf einem gleichen Wert wie die Logikbestimmungsschwelle der Einrichtung zur Bestim­ mung der Vergrößerung der externen Eingangsspannung gehalten wird.
Da die Spannungsausgabeeinrichtung für die entsprechende Schwelle wie oben beschrieben aufgebaut ist, werden die Logikbestimmungsschwelle und die Schwelle durch die Steuerspannung während einer Erhaltung einer Eins-zu-Eins-Entsprechung gesteuert, und eine Schwellenfolgespannung entsprechend der Schwelle wird rückgekoppelt, und die Logikbestimmungsschwelle kann leicht aufgrund der Schwellenspannung gesteuert werden.
Entsprechend einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung weist die Vergleichseinrichtung eine Dif­ ferentialverstärkereinrichtung zum Verstärken und Ausgeben einer Differenz zwischen zwei Eingangsspannungen auf.
Entsprechend einer weiteren bevorzugten Ausführungsform die­ ser Erfindung weist die Spannungsausgabeeinrichtung für die entsprechende Schwelle eine erste und eine zweite spannungs­ gesteuerte Stromquelle auf, von denen jede einen Steuerfolge­ spannungseingangsabschnitt und einen Ausgangsabschnitt zum Ausgeben eines Stromes, dessen Größe durch die an den Steuer­ spannungseingangsabschnitt angelegte Spannung gesteuert wird, einen Spannungsausgangsanschluß für die entsprechende Schwelle, der an den Steuerspannungseingangsabschnitt der ersten spannungsgesteuerten Stromquelle und jeweils mit den Ausgangsabschnitten der ersten und der zweiten spannungsge­ steuerten Stromquellen zum Ausgeben der Schwellenfolgespan­ nung verbunden ist, und einen Vorspannungseingangsanschluß, der mit dem Steuerspannungseingangsabschnitt der zweiten spannungsgesteuerten Stromquelle zum Eingeben der Steuerspan­ nung von der Vergleichseinrichtung als eine Vorspannung ver­ bunden ist, auf.
Entsprechend einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung weist die Einrichtung zur Bestimmung der Größe der externen Eingangsspannung eine erste und eine zwei­ te spannungsgesteuerte Stromquelle auf, von denen jede einen Steuerspannungseingangsabschnitt und einen Ausgangsabschnitt zum Ausgeben eines Stromes, dessen Größe durch die an den Steuerspannungseingangsabschnitt angelegte Spannung gesteuert ist, einen Eingangsanschluß, der mit dem Steuerspannungsein­ gangsabschnitt der ersten spannungsgesteuerten Stromquelle zum Empfangen der externen Eingangsspannung verbunden ist, einen Ausgangsanschluß, der mit den jeweiligen Ausgangsab­ schnitten der ersten und der zweiten spannungsgesteuerten Stromquelle zur Ausgabe der Ausgangsspannung des ersten oder des zweiten Logikzustandes verbunden ist, und einen Vorspan­ nungseingangsanschluß, der mit dem Steuerspannungseingangs­ anschluß der zweiten spannungsgesteuerten Stromquelle zur Eingabe der Steuerspannung von der Vergleichseinrichtung als eine Vorspannung verbunden ist, auf.
Entsprechend einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung weist die erste spannungsgesteuerte Strom­ quelle einen ersten Transistor eines bestimmten Leitfähig­ keitstyps auf, und die zweite spannungsgesteuerte Stromquelle weist einen zweiten Transistor eines zum ersten Transistor entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps auf.
Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigt:
Fig. 1 ein schematisches Diagramm eines Beispieles einer elektrischen Einrichtung vom gesteuerten Schwel­ lentyp entsprechend dieser Erfindung;
Fig. 2A eine Kurve der Eigenschaften eines eines MOS- Transistors und
Fig. 2B ein schematisches Diagramm eines zur Diode ver­ bundenen MOS-Transistors;
Fig. 3 und 4 schematische Diagramme weiterer Ausführungsbei­ spiele der elektrischen Einrichtung vom gesteuer­ ten Schwellentyp entsprechend dieser Erfindung;
Fig. 5 ein schematisches Diagramm der elektrischen Ein­ richtung vom gesteuerten Schwellentyp entsprechend dieser Erfindung und einen Komparator, der diese verwendet;,
Fig. 6 eine Kurve der Ein-/Ausgangseigenschaften eines invertierenden Verstärkers aus Fig. 5;
Fig. 7 ein Blockdiagramm, das eine Anwendung des Kom­ parators entsprechend dieser Erfindung zeigt;
Fig. 8 ein schematisches Diagramm eines weiteren Aus­ führungsbeispiels einer elektrischen Einrichtung vom gesteuerten Schwellentyp entsprechend dieser Erfindung und einen Komparator, der diese verwen­ det;
Fig. 9 eine Kurve der Ein-/Ausgangseigenschaften des in Fig. 8 gezeigten invertierenden Verstärkers;
Fig. 10 ein schematisches Diagramm eines weiteren Aus­ führungsbeispiels der elektrischen Einrichtung vom gesteuerten Schwellentyp entsprechend dieser Erfindung und eines Komparators, der diese ver­ wendet;
Fig. 11A ein schematisches Diagramm einer elektrischen Einrichtung vom gesteuerten Schwellentyp;
Fig. 11B eine schematische Schnittansicht des Aufbaus der in Fig. 11A gezeigten elektrischen Einrichtung vom gesteuerten Schwellentyp;
Fig. 12 ein schematisches Diagramm eines weiteren Bei­ spieles der elektrischen Einrichtung vom ge­ steuerten Schwellentyp;
Fig. 13 ein schematisches Diagramm eines Komparators;
Fig. 14 eine Kurve der Ein-/Ausgangseigenschaften des in Fig. 13 gezeigten invertierenden Verstärkers; und
Fig. 15 eine Kurve, die die Änderung des Ausganges des in Fig. 13 gezeigten Komparators in Abhängigkeit der Zeit zeigt.
Fig. 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer elek­ trischen Einrichtung vom gesteuerten Schwellentyp dieser Erfindung. Die jeweiligen Sources S eines N-Kanal-MOS-Tran­ sistors 1, der ein Beispiel eines ersten Transistors dar­ stellt, und eines N-Kanal-MOS-Transistors 5, der ein Beispiel eines zweiten Transistors darstellt, sind mit einem Anschluß 3 verbunden und weisen dasselbe Potential auf. Die Sources S der Transistoren 1 und 5 bilden jeweils zweite Leitungs­ anschlüsse. Eine Steuerspannung V 0 von einem Differenzver­ stärker 6, der ein Beispiel einer Differenzverstärkereinrich­ tung darstellt, wird in jede der Backgates B eingegeben, die ein Beispiel einer zweiten Steuerelektrode darstellen. Das Gate G, das ein Beispiel einer ersten Steuerelektrode darstellt, und die Drain D, die ein Beispiel eines ersten Leitungsanschlusses des N-Kanal-MOS-Transistors 5 darstellt, sind zusammen mit einem nicht-invertierenden Eingangsanschluß des Differenzverstärkers 6 verbunden. Eine Stromquelle 7, die ein Beispiel einer Stromversorgungseinrichtung darstellt, hat ihren Eingang mit einem Eingangsanschluß verbunden und ihren Ausgang mit dem nicht-invertierenden Eingangsanschluß des Differenzverstärkers 6 verbunden. Eine Referenzeingangs­ spannung V 1 wird von einem Anschluß 8 an einen invertierenden Eingangsanschluß des Differenzverstärkers 6 eingegeben. Das Gate G, das ein Beispiel der ersten Steuerelektrode des N- Kanal-MOS-Transistors 1 darstellt, und die Drain D, die ein Beispiel des ersten Leitungsanschlusses darstellt, sind, nicht gezeigt, mit einer Schaltung verbunden, und eine ex­ terne Eingangsspannung V 2 wird an das Gate G eingegeben.
Im folgenden erfolgt die Beschreibung der Betriebsweise. Solange nicht ausdrücklich erwähnt, bedeutet jeder Spannungs­ wert eine Potentialdifferenz von der Source S, der ein posi­ tiver oder negativer Wert ist. Ein Drainstrom von einer Stromquelle 7 fließt durch den N-Kanal-MOS-Transistor 5, dessen Gate G und Drain D miteinander verbunden sind (was nachfolgend als "Diodenverbindung" bezeichnet wird), und eine Spannung in Abhängigkeit einer Schwellenspannung V T des N-Kanal-MOS-Transistors 5 wird bei der Drain D des N- Kanal-MOS-Transistors 5 erzeugt. Es folgt die Beschreibung eines Falles, bei dem der N-Kanal-MOS-Transistor 5 vom An­ reicherungstyp (enhancement) ist. Eine Kurve nach Fig. 2a zeigt eine Beziehung zwischen einem Drainstrom I D und einer Gate-Source-Spannung V GS eines in Fig. 2b gezeigten, zur Diode verbundenen Transistors vom Anreicherungstyp. Die Be­ ziehung wird durch die folgende Gleichung (2) ausgedrückt.
In Gleichung (2) bezeichnet das Bezugszeichen β einen Koeffi­ zienten. Die Gleichung (2) wird modifiziert und ergibt die folgende Gleichung (3).
Nach Gleichung (3) wird die Gate-Source-Spannung V GS , die das Potential des Gates G darstellt, wobei die Source S als Referenz dient, ungefähr gleich der Schwellenspannung V T , wenn der Drainstrom I D sehr klein ist. Da das Gate G und die Drain D des N-Kanal-MOS-Transistors 5 miteinander verbun­ den sind, wird die Drain-Source-Spannung V DS , die das Poten­ tial der Drain D darstellt, wobei die Source S die Referenz ist, gleich der Schwellenspannung V D , wodurch die Schwellen­ spannung V D bei der Drain D erzeugt wird.
Die als Drain-Source-Spannung V DS des N-Kanal-MOS-Transistors 5 erzeugte Schwellenspannung V T wird ebenfalls an den nicht- invertierenden Eingangsanschluß des Differenzverstärkers 6 eingegeben. Die Referenzeingangsspannung V 1 wird vom An­ schluß 8 an den invertierenden Eingangsanschluß des Diffe­ renzverstärkers 6 angelegt. Daher wird eine von dem Diffe­ renzverstärker 6 ausgegebene Steuerspannung V 0 durch die folgende Gleichung (4) dargestellt, wobei der Verstärkungs­ faktor des Differenzverstärkers 6 durch ein Bezugszeichen A dargestellt ist.
V₀ + A(V T - V₁) + V₀₀ (4)
Dabei stellt das Bezugszeichen V 0 einen Ausgang des Diffe­ renzverstärkers dar, wenn V T = V 1.
Der Ausgang V₀ wird an das Backgate B des N-Kanal-MOS-Tran­ sistors 5 angelegt. Bei den im vorhergehenden beschriebenen Gleichungen (1a) und (1b) wird die Source-Backgate-Spannung V SB als das Potential der Source S betrachtet, wobei das Backgate B als Referenz dient, so daß V 0 = -V SB . Dementspre­ chend wird die Gleichung (4) umgeformt und ergibt die fol­ gende Gleichung (5).
V SB = -A(V T - V₁) - V₀₀ (5)
Es wird die Betriebsweise beschrieben, wenn die Schwellen­ spannung V T höher als die Referenzeingangsspannung V 1 in den Gleichungen (1a) und (5) liegt. In der Gleichung (5) ist der Verstärkungsfaktor A ein positiver Wert und V T < V 1, und daher wird V SB kleiner sein als in dem Falle, wenn V T = V 1. Bei einem N-Kanal-MOS-Transistor tendiert die Schwellenspannung V T zu einem niedrigeren Wert entsprechend der Gleichung (1a), wenn die Source-Backgate-Spannung V SB verringert wird. Andererseits tendiert die Schwellenspannung V T zu höheren Werten auf eine ähnliche Weise, wenn die Schwellenspannung V T kleiner als die Referenzeingangsspan­ nung V 1 ist. Auf diese Art und Weise wird eine negative Rück­ kopplungsschleife durch eine geschlossene Schleife, die den Differenzverstärker 6 und den N-Kanal-MOS-Transistor 5 auf­ weist, gebildet, wobei die Schwellenspannung V T die Steuer­ größe und die Referenzeingangsspannung V 1 den Zielwert dar­ stellt, und die Schaltung abgeglichen ist, wenn die Span­ nungen der nicht-invertierenden und der invertierenden Ein­ gangsanschlüsse des Differenzverstärkers 6 übereinstimmen. Der Vorgang ist als virtuelle Massefunktion des Differenz­ verstärkers wohlbekannt. Die Tatsache, daß die Spannungen des nicht-invertierenden und invertierenden Eingangsanschlus­ ses des Differenzverstärkers 6 gleich werden, kann durch die folgenden Gleichungen beschrieben werden.
Wenn die Gleichung (1a) durch Verwenden der Gleichung (5) umgeformt wird, erhält man die folgende Gleichung (6).
und damit
Aus der Gleichung (6) ergibt sich die folgende Gleichung (7), wenn der Verstärkungsfaktor des Differenzverstärkers 6 sehr groß ist und als A → ∞ angenommen werden kann.
Folglich ist V T =V 1.
Wie oben beschrieben, wird in der Schaltung, welche den N- Kanal-MOS-Transistor 5, den Differenzverstärker 6 und die Stromquelle 7 aufweist, eine Source-Backgate-Spannung V SB , die bewirkt, daß die Schwellenspannung V T des Transistors 5 gleich mit der Referenzeingangsspannung V 1 wird, von dem Differenzverstärker 6 an das Backgate B des N-Kanal-MOS- Transistors 5 als eine Steuerspannung V 0 eingegeben. Die Steuerspannung V 0 wird ebenfalls an das Backgate B des N- Kanal-MOS-Transistors 1 eingegeben, und die Schwellenspannung V T des N-Kanal-MOS-Transistors 1 wird gleich der Referenz­ eingangsspannung V 1 unter der Voraussetzung, daß die Eigen­ schaften der N-Kanal-MOS-Transistoren 1 und 5 auf dem glei­ chen Substrat dieselben sind. Auf diese Art und Weise kann die Schwellenspannung V T irgendeines gewünschten Transistors auf demselben Substrat konstant gleich der Referenzeingangs­ spannung V 1 gemacht werden. Wenn die Schwelle des N-Kanal- MOS-Transistors 1 so gesteuert wird, daß diese gleich der Referenzeingangsspannung V 1 ist und eine externe Eingangs­ spannung V 2 an das Gate G des N-Kanal-MOS-Transistors 1 ein­ gegeben wird, wird der N-Kanal-MOS-Transistor 1 leitend, wenn die Steuereingangsspannung V 2 größer wird, und der N-Kanal-MOS-Transistor 1 wird nicht-leitend, wenn die externe Eingangsspannung V 2 kleiner ist. Durch den N-Kanal-MOS-Tran­ sistor 1 wird eine Spannungsansprecheinrichtung gebildet, die eine vorbestimmte erste Schwelle aufweist, und die die Steuerspannung von der Vergleichseinrichtung empfängt, sowie eine externe Eingangsspannung, wobei die erste Schwelle durch die Steuerspannung gesteuert wird. Der Zustand der Spannungsansprecheinrichtung ändert sich entsprechend einer Beziehung der Größen zwischen der ersten Schwelle und der externen Eingangsspannung.
Durch den Differenzverstärker 6 wird eine Vergleichseinrich­ tung gebildet, die eine Referenzeingangsspannung und eine Rückkopplungseingangsspannung empfängt, und die beiden Ein­ gangsspannungen zur Ausgabe einer vorgeschriebenen Steuer­ spannung vergleicht. Durch den N-Kanal-MOS-Transistor 5 wird eine Spannungsausgabeeinrichtung für die entsprechende Schwelle gebildet, die eine vorbestimmte zweite Schwelle aufweist, und die die von der Vergleichseinrichtung ausge­ gebene Steuerspannung zur Ausgabe einer Schwellenfolgespan­ nung empfängt, deren Wert der zweiten Schwelle entspricht, wobei die zweite Schwelle durch die Steuerspannung während des Erhaltens einer vorgeschriebenen Beziehung mit der ersten Schwelle der Spannungsansprecheinrichtung gesteuert wird. Ferner wird durch eine geschlossene Schleife, die den N-Kanal-MOS-Transistor 5 aufweist, eine Rückkopplungsschleife gebildet, die die von der Spannungsausgabeeinrichtung für die entsprechende Schwelle ausgegebene Schwellenfolgespannung als eine Rückkopplungsspannung an die Vergleichseinrichtung rückkoppelt und die Steuerspannung so steuert, daß sich die erste Schwelle der Spannungsansprecheinrichtung einem Ziel­ wert nähert.
Fig. 3 zeigt ein schematisches Diagramm eines weiteren Aus­ führungsbeispieles der elektrischen Einrichtung vom gesteuer­ ten Schwellentyp, bei der ein Widerstand 9 anstatt der in Fig. 1 gezeigten Stromquelle 7 verwendet wird. In Fig. 3 bezeichnen die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 dieselben Komponenten mit denselben Funktionen, und daher wird eine detaillierte Beschreibung dieser Komponenten weggelassen.
Die in Fig. 3 gezeigte elektrische Einrichtung vom gesteuer­ ten Schwellentyp arbeitet auf ähnliche Weise wie die in Fig. 1 gezeigte elektrische Einrichtung vom gesteuerten Schwellen­ typ durch Umwandeln einer an den Eingangsanschluß 2 angeleg­ ten Spannung in einen kleinen Strom durch den Widerstand 9. Anstelle des Widerstandes 9 kann ein Element mit derselben Funktion wie der Widerstand 9 verwendet werden, zum Beispiel ein zu einer Diode verbundener Transistor.
Fig. 4 zeigt ein schematisches Diagramm eines weiteren Aus­ führungsbeispieles der elektrischen Einrichtung vom gesteuer­ ten Schwellentyp, die einen P-Kanal-MOS-Transistor verwendet. In Fig. 4 bezeichnen dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 dieselben Komponenten mit denselben Funktionen, so daß sich eine detaillierte Beschreibung dieser Komponenten er­ übrigt. Anstatt der in Fig. 1 gezeigten N-Kanal-MOS-Tran­ sistoren 1 und 5 sind P-Kanal-MOS-Transistoren 10 und 11 verbunden. Ein Eingang der Stromquelle 7, die ein Beispiel der Stromversorgungseinrichtung darstellt, ist mit dem nicht­ invertierenden Eingangsanschluß des Differenzverstärkers, der ein Beispiel einer Vergleichseinrichtung darstellt, ver­ bunden, und der Ausgang ist mit dem Eingangsanschluß 2 ver­ bunden. Außer diesen Merkmalen ist der Aufbau derselbe wie bei der in Fig. 1 gezeigten elektrischen Einrichtung vom gesteuerten Schwellentyp, die N-Kanal-MOS-Transistoren ver­ wendet.
Im folgenden wird die Betriebsweise beschrieben. Es wird angenommen, daß der Drainstrom I D der Stromquelle 7 sehr klein ist. Wie im Falle des oben beschriebenen N-Kanal-MOS- Transistors wird die Drain-Source-Spannung V DS des P-Kanal- MOS-Transistors 11 die Schwellenspannung V T . Im Falle des P-Kanal-MOS-Transistors ist die Schwellenspannung V T das Potential des Gates G, wobei die Source S eine Referenz dar­ stellt und die Schwellenspannung V T ein negativer Wert wird, wenn der P-Kanal-MOS-Transistor vom Anreicherungstyp (enhancement) ist.
Wenn die Schwellenspannung V T des P-Kanal-MOS-Transistors 11 höher als die Referenzeingangsspannung V 1 ist, wird die Steuerspannung V 0 größer als bei dem Fall, wenn V T = V 1, wie im Falle des oben beschriebenen N-Kanal-MOS-Transistors, und die Source-Backgate-Spannung V SB wird kleiner als in dem Fall, bei dem V T = V 1. Wenn die Source-Backgate-Spannung V SB abnimmt, dann tendiert die Schwellenspannung V T entspre­ chend der Gleichung (1b) zu kleineren Werten. Wenn die Schwellenspannung V T auf der anderen Seite kleiner als die Referenzeingangsspannung V 1 ist, tendiert die Schwellenspan­ nung V T zu angehobenen Werten. Auf diese Art und Weise glei­ chen sich die Schwellenspannung V T und die Referenzeingangs­ spannung V 1 aufgrund der Funktion der negativen Rückkopp­ lungsschleife aneinander an.
Bei der in Fig. 4 gezeigten elektrischen Einrichtung vom gesteuerten Schwellentyp wird nämlich eine Spannungsansprech­ einrichtung durch den P-Kanal-MOS-Transistor 10, der ein Beispiel des zweiten Transistors darstellt, gebildet, wobei die Spannungsansprecheinrichtung eine vorbestimmte erste Schwelle aufweist, und die Steuerspannung von der Vergleichs­ einrichtung und eine externe Eingangsspannung empfängt, und die erste Schwelle von der Steuerspannung gesteuert wird. Der Zustand der Spannungsansprecheinrichtung ändert sich entsprechend einer Größenbeziehung zwischen der ersten Schwelle und der externen Eingangsspannung. Durch den P- Kanal-MOS-Transistor 11, der ein Beispiel des ersten Transi­ stors darstellt, wird eine Spannungsausgabeeinrichtung für die entsprechende Schwelle gebildet, wobei die Spannungs­ ausgabeeinrichtung für die entsprechende Schwelle eine vorbe­ stimmte zweite Schwelle aufweist, und die von der Vergleichs­ einrichtung ausgegebene Steuerspannung zur Ausgabe einer Schwellenfolgespannung empfängt, deren Wert der zweiten Schwelle entspricht, wobei die zweite Schwelle durch die Steuerspannung während des Erhaltens einer vorgeschriebenen Beziehung mit der ersten Schwelle der Spannungsansprechein­ richtung gesteuert wird, und die Schwellenfolgespannung als Rückkopplungsspannung an die Vergleichseinrichtung rückge­ koppelt wird. Ferner wird durch die Spannungsausgabeeinrich­ tung für die entsprechende Schwelle eine Rückkopplungs­ schleife zur Vergleichseinrichtung gebildet, und die Steuer­ spannung wird so gesteuert, daß sich die erste Schwelle der Spannungsansprecheinrichtung einem Zielwert nähert.
Dabei ist der erste Transistor bei der in den Fig. 1 bis 4 gezeigten elektrischen Einrichtung vom gesteuerten Schwel­ lentyp aus einem MOS-Transistor 1 oder 10 gebildet. Jedoch kann der erste Transistor aus einer Mehrzahl von MOS-Transi­ storen gebildet sein, wobei die Steuerspannung V 0 vom Dif­ ferentialverstärker 6 an die jeweiligen Backgates eingegeben wird. Obwohl in den Fig. 1 bis 4 MOS-Transistoren gezeigt sind, können MIS-Transistoren verwendet werden.
Fig. 5 zeigt in einem schematischen Diagramm ein weiteres Ausführungsbeispiel der elektrischen Einrichtung vom ge­ steuerten Schwellentyp entsprechend dieser Erfindung. Ent­ sprechend der Figur sind die Sources S der N-Kanal-MOS-Tran­ sistoren 1 und 5, die wiederum Beispiele der ersten span­ nungsgesteuerten Stromquelle darstellen, zusammen mit einem Anschluß 3 verbunden und weisen dasselbe Potential auf. Die Backgates B, die Beispiele der zweiten Treiberspannungsein­ gangsabschnitte darstellen, der N-Kanal-MOS-Transistoren 1 und 5, sind zusammen mit einem Ausgangsabschnitt eines Dif­ ferenzverstärkers 6 verbunden, der ein Beispiel der Diffe­ renzverstärkereinrichtung darstellt, zum Empfangen einer Steuerspannung V 0. Die Source S, die ein Beispiel des Ein­ gangsabschnittes der P-Kanal-MOS-Transistoren 12 und 13 dar­ stellt, die wiederum Beispiele der zweiten spannungsgesteuer­ ten Stromquellen darstellen, und das Backgate B, das ein Beispiel des Treiberspannungseingangsabschnittes darstellt, sind zusammen mit dem Anschluß 14 verbunden und empfangen eine Versorgungsspannung V DD . Das Gate G, das ein Beispiel des ersten Treiberspannungseingangsabschnittes darstellt, des N-Kanal-MOS-Transistors 1 und das Gate G, das ein Bei­ spiel des ersten Treiberspannungseingangsabschnittes dar­ stellt, des P-Kanal-MOS-Transistors 12, sind zusammen mit dem Eingangsanschluß 15 verbunden und empfangen die externe Eingangsspannung V 2. Die Drain D, die ein Beispiel eines Ausgangsabschnittes darstellt, des N-Kanal-MOS-Transistors 1 und die Drain D, die ein Beispiel des Ausgangsabschnittes darstellt, des P-Kanal-MOS-Transistors 12, sind zusammen mit dem Ausgangsanschluß 16 verbunden, und eine Ausgangsspan­ nung V out wird ausgegeben. Der N-Kanal-MOS-Transistor 1 und der P-Kanal-MOS-Transistor 12 bilden einen invertierenden Verstärker 17. Die Gates G, die Beispiele der ersten Treiber­ spannungseingangsabschnitte darstellen, der Transistoren 5 und 13, und die Drains, die Beispiele der Ausgangsab­ schnitte darstellen, sind zusammen mit dem nicht-invertieren­ den Eingangsanschluß des Differenzverstärkers 6 verbunden, der ein Beispiel der Differenzverstärkereinrichtung dar­ stellt. Der N-Kanal-MOS-Transistor 5 und der P-Kanal-MOS- Transistor 13 bilden einen invertierenden Verstärker. Die Referenzeingangsspannung V 1 wird von dem Anschluß 8 an den invertierenden Eingangsanschluß des Differenzverstärkers 6 angelegt.
Im folgenden wird die Betriebsweise beschrieben. Fig. 6 zeigt in einer Kurve die allgemeinen Eingangs-/Ausgangseigenschaf­ ten des invertierenden Verstärkers. Bei einem Schnittpunkt einer Übertragungskurve L 1 und einer Linie L 2 (V 2 = V out ) neigt sich die Übertragungskurve L 1 steil. Der Wert dieses Schnittpunktes ist als Eingangsschwelle V BP definiert.
Es ist bekannt, daß die Eingangsschwelle V BP eine nahe Be­ ziehung mit der Schwelle von jedem Transistor aufweist, die durch die folgende Gleichung (8) dargestellt wird (siehe zum Beispiel "Principles of CMOS VLSI Design", Neil H.E. Weste et al, veröffentlicht durch Addison-Wesley Publishing Company, S. 47).
In der Gleichung (8) bezeichnet das Bezugszeichen V DD eine Versorgungsspannung, die dem Potential des Anschlusses 14 entspricht, wobei der Anschluß 3 die Referenz in Fig. 5 dar­ stellt. Das Bezugszeichen V tn bezeichnet die Schwellenspan­ nung des N-Kanal-MOS-Transistors, das Bezugszeichen V t be­ zeichnet die Schwellenspannung des P-Kanal-MOS-Transistors, und die Bezugszeichen β n und β D bezeichnen Konstanten.
Im Falle des invertierenden Verstärkers 18, der seinen Ein­ gangsabschnitt und den Ausgangsabschnitt miteinander ver­ bunden aufweist, wie in Fig. 5 gezeigt, ergibt sich ein ab­ geglichener Punkt der Schaltung als der Schnittpunkt der Transferkurve L 1 und der Linie L 2. Der Ausgang des inver­ tierenden Verstärkers 18 wird nämlich die Eingangsschwelle V BP und diese wird an den nicht-invertierenden Eingangsan­ schluß des Differenzverstärkers 6 eingegeben. Falls die Ein­ gangsschwelle V BP größer als die Referenzeingangsspannung V 1 ist, wird die von dem Differenzverstärker 6 ausgegebene Steuerspannung V 0 höher als bei dem Fall, bei dem V BP = V 1, und die Schwelle V T des N-Kanal-MOS-Transistors 5 wird klei­ ner. Da die Schwelle V tn des N-Kanal-MOS-Transistors in der Gleichung (8) kleiner wird, tendiert die Eingangsschwelle V BP ebenso zu kleineren Werten. Falls die Eingangsschwelle V BP auf der anderen Seite kleiner als die Referenzeingangs­ spannung V 1 ist, wird die vom Differenzverstärker 6 ausge­ gebene Steuerspannung kleiner als bei dem Fall, bei dem V BP = V 1, und die Eingangsschwelle V BP wird größer.
Da der Differenzverstärker 6 und der N-Kanal-MOS-Transistor 5 eine negative Rückkopplungsschleife wie oben beschrieben bilden, werden die Eingangsschwelle V BP und die Referenz­ eingangsspannung V 1 wegen der virtuellen Massefunktion ein­ ander gleich.
Falls die N-Kanal-MOS-Transistoren 1 und 5 und die P-Kanal- MOS-Transistoren 12 und 13 dieselbe Größe aufweisen, und falls die invertierenden Verstärker 17 und 18 so ausgebildet sind, daß sie dieselben Ein-/Ausgangseigenschaften aufweisen, weisen die N-Kanal-MOS-Transistoren 1 und 5 dieselbe Source- Backgate-Spannung V BP auf, so daß die invertierenden Ver­ stärker 17 und 18 dieselbe Eingangsschwelle V BP aufweisen. Insbesondere wird die Eingangsschwelle V BP , die bestimmt, ob der Ausgang V out des invertierenden Verstärkers 17 sich auf dem "H"-Pegel oder auf dem "L"-Pegel befindet, gleich der Referenzeingangsspannung V 1 sein, und die Transferkurve L 1 aus Fig. 6 entspricht der Referenzeingangsspannung V 1. Eine der Referenzeingangsspannung V 1 entsprechende Eingangs­ schwelle V BP wird gesetzt, die externe Eingangsspannung V 2 ist unterschiedlich von der vorgeschriebenen Eingangsschwelle V BP, und ein Signal auf hohem Pegel oder niedrigem Pegel wird von dem Ausgangsanschluß 16 in Abhängigkeit davon, ob die externe Eingangsspannung V 2 größer als oder kleiner als die vorgeschriebene Eingangsschwelle V BP ist, ausgegeben. Der Zustand des invertierenden Verstärkers 17 wird nämlich zur Ausgabe eines "H"-pegeligen Signales oder zur Ausgabe eines "L"-pegeligen Signales geändert, entsprechend einer Beziehung der Größe zwischen der Eingangsschwelle und der externen Eingangsspannung V 2.
Durch den in Fig. 5 gezeigten Differenzverstärker 6 wird die Vergleichseinrichtung gebildet, die die Referenzeingangs­ spannung und die Rückkopplungseingangsspannung empfängt und die beiden Eingangsspannungen zur Ausgabe einer vorgeschrie­ benen Steuerspannung vergleicht. Durch den invertierenden Verstärker 17 wird eine Spannungsansprecheinrichtung gebil­ det, die eine vorbestimmte erste Schwelle aufweist und die Steuerspannung von der Vergleichseinrichtung und eine externe Eingangsspannung empfängt, wobei die erste Schwelle durch die Steuerspannung gesteuert wird. Der Zustand der Spannungs­ ansprecheinrichtung ändert sich entsprechend einer Beziehung einer Größe zwischen der ersten Schwelle und der externen Eingangsspannung.
Durch den invertierenden Verstärker 18 wird eine Spannungs­ ausgabeeinrichtung für die entsprechende Schwelle gebildet, die eine vorbestimmte zweite Schwelle aufweist und die von der Vergleichseinrichtung ausgegebene Steuerspannung zur Ausgabe einer Schwellenfolgespannung, deren Wert der zweiten Schwelle entspricht, empfängt, wobei die zweite Schwelle durch die Steuerspannung gesteuert wird, während eine vorge­ schriebene Beziehung mit der ersten Schwelle der Spannungsan­ sprecheinrichtung erhalten wird. Eine Rückkopplungsschleife wird durch eine geschlossene Schleife, die den invertierenden Verstärker 18 aufweist, gebildet, die die von der Spannungs­ ausgabeeinrichtung für die entsprechende Schwelle ausgegebene Schwellenfolgespannung an die Vergleichseinrichtung als Rück­ kopplungsspannung rückkoppelt, zum Steuern der Steuerspannung derart, daß die erste Schwelle der Spannungsansprecheinrich­ tung sich einem Zielwert annähert.
Die in Fig. 5 gezeigte elektrische Einrichtung vom gesteuer­ ten Schwellentyp kann bei einem Komparator verwendet werden, der die Größe einer eingegebenen externen Eingangsspannung aufgrund einer eingegebenen Referenzeingangsspannung zur Ausgabe des Resultates der Bestimmung bestimmt.
Fig. 7 zeigt in einem Schaltungsdiagramm einen A/D-Wandler. Der in Fig. 7 gezeigte A/D-Wandler vom Paralleltyp weist eine Mehrzahl von Komparatoren 500 auf, die Referenzeingangs­ spannungen V′′1, V 1, V′1 ... von einer Referenzspannung 504 und eine externe Eingangsspannung V 2 von einem analogen Ein­ gangsabschnitt 506 empfangen und die Größe der eingegebenen Spannungen vergleichen. Der Komparator 500 ist durch die in Fig. 5 gezeigte elektrische Einrichtung vom gesteuerten Schwellentyp gebildet. Der in Fig. 7 gezeigte A/D-Wandler vom Paralleltyp wandelt Analogsignale in Digitalsignale um. Der Wandler übernimmt nämlich bei einem bestimmten Zeitablauf ein anstehendes Analogsignal und wandelt den Spannungs­ (Strom)-Wert bei dieser Zeitdauer in einen digitalen Wert durch eine vorbestimmte Bitnummer um. Der A/D-Wandler vom Paralleltyp verwendet 2 n-1 Komparatoren für die Quantisierung in N Bits, wie in Fig. 7 gezeigt. Im Falle einer 8-Bit- Quantisierung wird eine Spannung, die durch Teilen der Refe­ renzspannung mittels 8 n -1 = 255 Komparatoren in lLSB-Ein­ heiten (LSB = niederstwertiges Bit (least significant bit)) erhalten wird, mit der externen Eingangsspannung V 2 vergli­ chen, und das Resultat des Vergleiches wird ineinen 8-Bit- Digitalwert, der durch einen Decoder 502 ausgegeben wird, umgewandelt.
Wenn die in Fig. 5 gezeigte elektrische Einrichtung vom ge­ steuerten Schwellentyp als ein Komparator wie in Fig. 7 ge­ zeigt verwendet wird, wird die Einrichtung zum Bestimmen der Größe der externen Eingangsspannung durch den in Fig. 5 gezeigten invertierenden Verstärker 17 gebildet, die eine vorbestimmte Logikbestimmungsschwelle aufweist und die Steuerspannung von der Vergleichseinrichtung und der externen Eingangsspannung empfängt, und das Ergebnis der Bestimmung der Größe der externen Eingangsspannung mit der als Referenz dienenden Logikbestimmungsschwelle ausgibt, wobei diese Logikbestimmungsschwelle durch die eingegebene Steuerspannung gesteuert wird.
Fig. 8 zeigt ein schematisches Diagramm eines weiteren Aus­ führungsbeispieles der elektrischen Einrichtung vom ge­ steuerten Schwellentyp entsprechend dieser Erfindung.
Gemäß Fig. 8 bezeichnet die Bezugsziffer 114 einen P-Kanal- MOS-Transistor, der ein Beispiel einer zweiten spannungsge­ steuerten Stromquelle darstellt, und die Bezugsziffer 115 bezeichnet einen N-Kanal-MOS-Transistor, der ein Beispiel einer ersten spannungsgesteuerten Stromquelle darstellt. Die Drains D dieser Transistoren, die Beispiele der Ausgangs­ abschnitte der Transistoren darstellen, sind miteinander verbunden und liefern einen Ausgangsanschluß 112 eines inver­ tierenden Verstärkers 101. Das Gate G, das ein Beispiel eines Treibersteuerspannungseingangsabschnittes des N-Kanal-MOS- Transistors 115 darstellt, bildet einen Eingangsanschluß 111 des invertierenden Verstärkers 101, und das Gate G, das ein Beispiel des Treiberspannungseingangsabschnittes dar­ stellt, des P-Kanal-MOS-Transistors 114, bildet einen Vor­ spannungseingangsanschluß 113 des invertierenden Verstärkers 101. Auf ähnliche Weise bilden ein P-Kanal-MOS-Transistor 124, der ein Beispiel der zweiten spannungsgesteuerten Strom­ quelle darstellt, und ein N-Kanal-MOS-Transistor 125, der ein Beispiel einer ersten spannungsgesteuerten Stromquelle darstellt, einen invertierenden Verstärker 102, und der Ein­ gangsanschluß, der Ausgangsanschluß und der Vorspannungsein­ gangsanschluß werden jeweils aus den Anschlüssen 121, 122 und 123 gebildet.
Die Vorspannungseingangsanschlüsse 113 und 123 der inver­ tierenden Verstärker 101 und 102 werden zusammen mit einem Ausgangsabschnitt eines Differenzverstärkers 103, der ein Beispiel der Differenzverstärkereinrichtung darstellt, ver­ bunden. Die Eingangs- und Ausgangsanschlüsse 121 und 122 des invertierenden Verstärkers 102 sind mit einem nicht- invertierenden Eingangsanschluß des Differenzverstärkers 103 verbunden, und ein Signal von dem invertierenden Ver­ stärker 102 wird als ein Rückkopplungssignal an den Diffe­ renzverstärker 103 eingegeben.
Die Referenzeingangsspannung V 1 wird an einen invertierenden Eingangsanschluß des Differenzverstärkers 103 eingegeben, und die externe Eingangsspannung V 2 wird an den Eingangsan­ schluß 111 des invertierenden Verstärkers 101 eingegeben.
Im folgenden erfolgt die Beschreibung der Betriebsweise.
Wenn die Referenzeingangsspannung V 1 an die invertierende Eingangsanschlußseite des Differenzverstärkers 103 eingegeben wird, wird ein durch Verstärken einer Differenz zwischen der Referenzeingangsspannung V 1 und der an die nicht-inver­ tierende Eingangsanschlußseite des Differenzverstärkers ein­ gegebenen Eingangsspannung erhaltenes Signal als eine Steuer­ spannung V 0 an die Vorspannungseingangsanschlüsse der inver­ tierenden Verstärker 101 und 102 eingegeben. Bei den beiden invertierenden Verstärkern 101 und 102 kann der Punkt, bei dem sich die Ausgangsspannung V out entsprechend einer kleinen Änderung der externen Eingangsspannung V 2, d.h. der Eingangs­ schwelle stark ändert, wie oben beschrieben durch die Größe der Steuerspannung V 0 gesteuert werden.
Eine in Fig. 9 gezeigte Kurve 403 zeigt die Transferkurve der invertierenden Verstärker 101 und 102. Da die P-Kanal- MOS-Transistoren 114 und 124 immer leitend sind, ist die Ausgangsspannung V out auch dann etwas höher als die Masse­ spannung, wenn die externe Eingangsspannung V 2 hoch ist. Da die Eingangs- und Ausgangsanschlüsse 121 und 122 des in­ vertierenden Verstärkers 102 miteinander verbunden sind, sind die Potentiale auf dem Ausgangsanschluß 122 und dem Eingangsanschluß 121 bei dem Schnittpunkt der Transferkurve 403 und der Linie, auf der die Referenzeingangsspannung V 1 = Ausgangsspannung V out ist wie in Fig. 9 gezeigt, vor­ gesehen. Daher wird die Schwellenspannung, die die Eingangs­ schwelle des invertierenden Verstärkers 102 darstellt, an den nicht-invertierenden Eingangsanschluß des Differenzver­ stärkers 103 eingegeben. Da der Vorspannungseingangsanschluß 123 des invertierenden Verstärkers 102 mit dem Ausgangsab­ schnitt des Differenzverstärkers 103 verbunden ist, wird dabei eine negative Rückkopplungsschleife durch die geschlos­ sene Schleife, die den invertierenden Verstärker 102 auf­ weist, gebildet. Damit wird die Steuerspannung V 0 so ge­ steuert, daß die an die nicht-invertierenden und invertie­ renden Eingangsanschlüsse des Differenzverstärkers 103 an­ gelegten Spannungen einander gleich werden, durch die virtuelle Massefunktion. Wenn das Potential des Ausgangs­ anschlusses 122 größer als das der Referenzeingangsspannung V 1 ist, wird insbesondere die Steuerspannung V 0 so gesteuert, daß das Potential der Steuerspannung V 0 zum Verringern des Vorstromes ansteigt. Folglich wird das Potential des Aus­ gangsanschlusses 122 verringert. Falls das Potential des Ausgangsanschlusses 122 geringer als die Referenzeingangs­ spannung V 1 ist, fällt das Potential der Steuerspannung V 0, die an den Vorspannungseingangsanschluß 123 eingegeben ist, zum Erhöhen des Vorstromes ab. Folglich wird das Potential des Ausgangsanschlusses 122 angehoben. Durch diese Vorgänge wird die Eingangsschwelle des invertierenden Verstärkers 102 gleich mit der Referenzeingangsspannung V 1, die an den invertierenden Eingangsanschluß des Differenzverstärkers 103 eingegeben ist. Wie in Fig. 9 gezeigt, wird nämlich die Koordinate des Schnittpunktes der Transferkurve 403 des in­ vertierenden Verstärkers 102 und der Linie, auf der V 2 = V out ist, durch (V 1, V 1) dargestellt. Wie aus Fig. 7 ersichtlich, falls die Referenzeingangsspannung V′1 beträgt, was etwas kleiner als V 1 ist, wird die Transferkurve des in­ vertierenden Verstärkers 102 die Kurve, die in Fig. 9 durch eine doppelpunktierte Linie dargestellt ist, und die Schwel­ lenspannung vom invertierenden Verstärker 102 nähert sich V′ 1. Falls die Referenzeingangsspannung V′′1 beträgt, was etwas größer als V 1 ist, wird die Transferkurve die Kurve, die in Fig. 9 durch eine strichpunktierte Linie dargestellt ist, und die Schwellenspannung vom invertierenden Verstärker 102 nähert sich V′′ 1.
Falls der invertierende Verstärker 101 dieselbe Transferkurve wie der invertierende Verstärker 102 aufweist, nähert sich die Eingangsschwelle des invertierenden Verstärkers 1010294 00070 552 001000280000000200012000285911018300040 0002003912713 00004 10175< dem­ selben Wert wie die Referenzeingangsspannung V 1. Wenn die an den Eingangsanschluß 111 des invertierenden Verstärkers 101 angelegte externe Eingangsspannung V 2 größer als V 1 ist (V 2 < V 1), bewegt sich damit die Ausgangsspannung V out von dem Ausgangsanschluß 112 von V 1 aus in Fig. 9 in negativer Rich­ tung, und wenn V 2 < V 1, bewegt sich die Ausgangsspannung V out von V 1 aus in positiver Richtung in Fig. 9. Mit anderen Worten, die Schwelle, die die Referenz zur Bestimmung der Größe der externen Eingangsspannung V 2 darstellt, kann durch die Größe der Referenzeingangsspannung V 1 gesteuert werden, und damit ist die Ausgangsspannung V out des invertierenden Verstärkers 101 das Ergebnis des Vergleiches von V 1 mit V 2, was durch einen Digitalwert dargestellt wird.
Durch den Differentialverstärker 103 wird die Vergleichsein­ richtung gebildet, die die Referenzeingangsspannung und eine Rückkopplungseingangsspannung empfängt, und die beiden Ein­ gangsspannungen zur Ausgabe einer vorgeschriebenen Steuer­ spannung vergleicht. Die Spannungsansprecheinrichtung ist durch den invertierenden Verstärker 101 gebildet, der eine vorbestimmte erste Schwelle aufweist und die Steuerspannung von der Vergleichseinrichtung und eine externe Eingangsspan­ nung empfängt, wobei die erste Schwelle durch die Steuer­ spannung gesteuert ist. Der Zustand der Spannungsansprechein­ richtung ändert sich entsprechend einer Größenbeziehung zwi­ schen der ersten Schwelle und der externen Eingangsspannung. Die Spannungsausgabeeinrichtung für die entsprechende Schwelle ist durch den invertierenden Verstärker 102 gebil­ det, der eine vorbestimmte zweite Schwelle aufweist und die von der Vergleichseinrichtung ausgegebene Steuerspannung zur Ausgabe einer Schwellenfolgespannung, deren Wert der zweiten Schwelle entspricht, empfängt, wobei die zweite Schwelle durch die Steuerspannung während des Erhaltens einer vorgeschriebenen Relation mit der ersten Schwelle der Span­ nungsansprecheinrichtung gesteuert ist. Zusätzlich wird eine Rückkopplungsschleife durch die geschlossene Schleife, die den invertierenden Verstärker 102 aufweist, gebildet, die die von der Spannungsausgabeeinrichtung für die entsprechende Schwelle ausgegebene Schwellenfolgespannung an die Ver­ gleichseinrichtung als Rückkopplungsspannung zum Steuern der Steuerspannung so rückkoppelt, daß die erste Schwelle der Spannungsansprecheinrichtung für die Bestimmung des logischen Zustandes sich einem Zielwert nähert.
Die in Fig. 8 gezeigte elektrische Einrichtung vom gesteuer­ ten Schwellentyp kann bei einem Komparator 500 angewandt werden, der den in Fig. 7 gezeigten A/D-Wandler oder der­ gleichen verwendet. Insbesondere kann jeder aus der Mehrzahl der in Fig. 7 gezeigten Komparatoren 500 durch die in Fig. 18 gezeigte elektrische Einrichtung vom gesteuerten Schwellen­ typ ausgebildet sein. Die Referenzeingangsspannung von der Referenzspannung 504 ist an den invertierenden Eingangsan­ schluß des Differenzverstärkers 103 eingegeben, und die externe Eingangsspannung, die eine von einem analogen Ein­ gangsabschnitt 506 eingegebene Analogspannung darstellt, ist in den Eingangsanschluß 111 eingegeben. Dann wird die Ausgangsspannung V out , die das Ergebnis der Bestimmung der Größe der externen Eingangsspannung V 2 aufgrund der Eingangs­ schwelle darstellt, von dem Ausgangsanschluß 112 ausgegeben. Wenn die in Fig. 8 gezeigte Schaltung als Komparator 500 verwendet wird, ist die externe Eingangsspannungsgrößenbe­ stimmungseinrichtung durch den invertierenden Verstärker 101 gebildet, der eine vorbestimmte Logikbestimmungsschwelle aufweist, und der die Steuerspannung von der Vergleichsein­ richtung und die externe Eingangsspannung empfängt und das Ergebnis der Bestimmung der Größe der externen Eingangsspan­ nung, wobei die Logikbestimmungsschwelle die Referenz dar­ stellt, ausgibt, wobei die Logikbestimmungsschwelle durch die eingegebene Steuerspannung gesteuert ist.
Fig. 10 zeigt ein schematisches Diagramm einer Verbesserung der in Fig. 8 gezeigten elektrischen Einrichtung vom ge­ steuerten Schwellentyp. Die in Fig. 10 gezeigte Schaltung kann den Verstärkungsfaktor des in Fig. 8 gezeigten inver­ tierenden Verstärkers 101 vergrößern. Bei der in Fig. 10 gezeigten elektrischen Einrichtung vom gesteuerten Schwellen­ typ vergleichen invertierende Verstärker 101 und 102 jeweils erste spannungsgesteuerte Stromquellen 115 und 125 und zweite spannungsgesteuerte Stromquellen 114 und 124. Die ersten spannungsgesteuerten Stromquellen 115 und 125 weisen jeweils N-Kanal-MOS-Transistoren 115 a und 125 a und P-Kanal-MOS-Tran­ sistoren 115 b und 125 b auf. Die zweiten spannungsgesteuerten Stromquellen 114 und 124 weisen jeweils P-Kanal-MOS-Transi­ storen 114 a und 124 a und 114 b und 124 b auf. Der Aufbau in Fig. 10 ist der gleiche wie der in Fig. 8, außer daß die spannungsgesteuerte Stromquelle in Fig. 8 durch einen ein­ zelnen Transistor gebildet ist, während die in Fig. 10 ge­ zeigte spannungsgesteuerte Stromquelle durch eine Mehrzahl von Transistoren gebildet ist. Daher wird auf eine detail­ lierte Beschreibung verzichtet. Die in Fig. 10 gezeigte elektrische Einrichtung vom gesteuerten Schwellentyp kann als Komparator 500 für den in Fig. 7 gezeigten A/D-Wandler oder dergleichen verwendet werden.
Obwohl die Spannungsansprecheinrichtung oder die Einrichtung zur Bestimmung der Größe der externen Eingangsspannung und die Schwellenspannungsausgabeeinrichtung bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel dieselben Ansprecheigenschaften aufwei­ sen, ist diese Erfindung nicht darauf beschränkt, und es ist wirksam vorgesehen, daß die erste Schwelle und die zweite Schwelle gesteuert werden, während eine vorgeschriebene Be­ ziehung der Steuerspannung erhalten wird. Obwohl in den Fig. 8 und 10 die Vorstromerzeugerseite durch P-Kanal-MOS- Transistoren gebildet ist und die Treiberstromerzeugerseite durch N-Kanal-MOS-Transistoren gebildet ist, können für die entsprechenden Seiten die Transistoren der entgegengesetzten Leitfähigkeiten verwendet werden, und andere als MOS-Tran­ sistoren, wie zum Beispiel Bipolartransistoren und JFETs können verwendet werden. Zusätzlich können bei der in den Fig. 8 und 10 gezeigten spannungsgesteuerten Stromquelle passive Elemente enthalten sein.
Wie oben beschrieben ergibt sich aus dieser Erfindung, daß, auch wenn die erste Schwelle der Spannungsansprecheinrichtung sich durch Einflüsse, wie zum Beispiel Wärme nach der Her­ stellung ändert, die Spannungsausgabeeinrichtung für die entsprechende Schwelle dieselben Einflüsse empfängt und daher die Schwellenfolgespannung, d.h. die Steuergröße, geändert wird. Dadurch wird eine Steuerspannung, d.h. ein Steuer­ betriebssignal, das die Größe der Änderung der Schwellen­ folgespannung, und damit die Steuerablenkung, die Null sein soll, von der Vergleichseinrichtung ausgegeben, so daß die erste Schwelle der Spannungsansprecheinrichtung modifiziert wird und bei dem Zielwert erhalten wird. Dadurch kann die Fluktuation der ersten Schwelle der Spannungsansprecheinrich­ tung, die nicht nur durch Unterschiede der verschiedenen Herstellungsparameter, sondern auch durch Einflüsse nach der Herstellung, wie zum Beispiel Wärme während der Benut­ zung, verhindert werden, wodurch eine elektrische Einrichtung vom gesteuerten Schwellentyp vorgesehen werden kann, die ein geeignetes Steuern der ersten Schwelle ermöglicht.
Entsprechend einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung wird, auch falls die Schwelle des zweiten Tran­ sistors durch den Einfluß, wie zum Beispiel Wärme nach der Herstellung geändert wird, der erste Transistor ebenso be­ einflußt, und die Schwellenfolgespannung, d.h. die Steuer­ größe, wird geändert, und die negative Rückkopplungsschleife arbeitet so, daß die Größe der Änderung der Schwellenfolge­ spannung, d.h. die Steuerabweichung, Null wird, wodurch die Schwelle des zweiten Transistors modifiziert und auf dem Zielwert erhalten wird. Damit kann eine elektrische Einrich­ tung vom gesteuerten Schwellentyp vorgesehen werden, die Fluktuationen der Schwelle von Transistoren verhindern kann, die nicht nur durch Unterschiede der verschiedenen Parameter während der Herstellung verursacht sind, sondern auch durch Einflüsse nach der Herstellung, wie zum Beispiel Wärme wäh­ rend der Verwendung, und die ein geeignetes Steuern der Schwelle ermöglicht.
Entsprechend dem Komparator dieser Erfindung wird, falls eine externe Eingangsspannung in die Einrichtung zum Bestim­ men der Größe der externen Eingangsspannung eingegeben ist, die eine einem Zielwert angenäherte Logikbestimmungsschwelle aufweist, ein genaues Ergebnis der Bestimmung aufgrund der Logikbestimmungsschwelle, die bei dem geeigneten Wert einge­ stellt ist, ausgegeben, wodurch ein Komparator vorgesehen wird, der ein präzises Ergebnis der Bestimmung liefern kann.

Claims (13)

1. Elektrische Einrichtung vom gesteuerten Schwellentyp mit
  • - einer Vergleichseinrichtung (6, 103) zum Empfangen einer Referenzeingangsspannung (V 1) und einer Rückkopplungsein­ gangsspannung, und zum Vergleichen der beiden Eingangs­ spannungen zur Ausgabe einer vorgeschriebenen Steuerspan­ nung (V 0);
  • - einer Spannungsansprecheinrichtung (1, 10, 17, 101) mit einer vorbestimmten ersten Schwelle zum Empfangen der Steuerspannung (V 0) von der Vergleichseinrichtung (6, 103) und einer externen Eingangsspannung (V 2), wobei die erste Schwelle durch die Steuerspannung (V 0) gesteuert ist, und sich der Zustand der Spannungsansprecheinrichtung (1, 10, 17, 101) entsprechend einer Größenbeziehung zwi­ schen der ersten Schwelle und der externen Eingangsspan­ nung (V 2) ändert; und
  • - einer Spannungsausgabeeinrichtung für die entsprechende Schwelle (5, 11, 18, 102) mit einer vorbestimmten zweiten Schwelle, die die von der Vergleichseinrichtung (6, 103) ausgegebene Steuerspannung (V 0) zur Ausgabe einer Schwel­ lenfolgespannung, deren Wert der zweiten Schwelle ent­ spricht, empfängt, wobei die zweite Schwelle durch die Steuerspannung (V 0) während des Erhaltens einer vorge­ schriebenen Beziehung mit der ersten Schwelle der Span­ nungsansprecheinrichtung (1, 10, 17, 101) gesteuert ist, und die Schwellenfolgespannung als Rückkopplungsspannung an die Vergleichseinrichtung (6, 103) rückgekoppelt ist, wodurch eine Rückkopplungsschleife zur Vergleichseinrich­ tung durch die Spannungsausgabeeinrichtung für die ent­ sprechende Schwelle (5, 11, 18, 102) gebildet ist, und die Steuerspannung (V 0) so gesteuert ist, daß sich die erste Schwelle der Spannungsansprecheinrichtung (1, 10 17, 101) einem Zielwert annähert.
2. Elektrische Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsausgabeeinrichtung für die entsprechende Schwelle (5, 11, 18, 102) eine zweite Schwelle aufweist, die durch die Steuerspannung (V 0) während des Erhaltens des gleichen Wertes wie die erste Schwelle der Spannungsansprecheinrichtung (1, 10, 17, 101) gesteuert ist.
3. Elektrische Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichseinrichtung (6, 103) eine Differenzverstärkereinrichtung (6, 103) zum Ver­ stärken einer Differenz zwischen den beiden Eingangsspannun­ gen zur Ausgabe der Differenz aufweist.
4. Elektrische Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsausgabeeinrichtung für die entsprechende Schwelle (102) aufweist:
  • - eine erste und eine zweite spannungsgesteuerte Stromquelle (125, 124), von denen jede einen Steuerspannungseingangs­ abschnitt und einen Ausgangsabschnitt (D) zur Ausgabe eines Stromes aufweist, dessen Größe durch eine an den Steuerspannungseingangsabschnitt (G) angelegte Spannung gesteuert ist;
  • - einen Spannungsausgabeanschluß für die entsprechende Schwelle (122), die mit dem Steuerspannungseingangsab­ schnitt (G) der ersten spannungsgesteuerten Stromquelle (125) und mit den jeweiligen Ausgangsabschnitten (D) der ersten und der zweiten spannungsgesteuerten Stromquelle (125, 124) zur Ausgabe der Schwellenfolgespannung ver­ bunden ist; und
  • - einen Vorspannungseingangsanschluß (125), der mit dem Steuerspannungseingangsabschnitt (G) der zweiten span­ nungsgesteuerten Stromquelle (124) zur Eingabe der Steuer­ spannung (V 0) von der Vergleichseinrichtung (103) als eine Vorspannung verbunden ist.
5. Elektrische Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsansprecheinrichtung (101) aufweist:
  • - eine erste und eine zweite spannungsgesteuerte Stromquelle (115, 114), von denen jede einen Steuerspannungseingangs­ abschnitt (G) und einen Ausgangsabschnitt (D) zur Ausgabe eines Stromes aufweist, dessen Größe durch eine an den Steuerspannungseingangsabschnitt (G) angelegte Spannung gesteuert ist;
  • - einen Eingangsanschluß (111), der mit dem Steuerspannungs­ eingangsabschnitt (G) der ersten spannungsgesteuerten Stromquelle (115) zum Empfangen der externen Eingangs­ spannung verbunden ist;
  • - einen Ausgangsanschluß (112), der mit den jeweiligen Aus­ gangsabschnitten (D) der ersten und der zweiten spannungs­ gesteuerten Stromquelle (115, 114) verbunden ist, zur Ausgabe einer Ausgangsspannung (V out ), die einen im Zu­ sammenhang mit der ersten Schwelle bestimmten ersten oder einen zweiten Logikzustand aufweist, als Reaktion auf die externe Eingangsspannung (V 2); und
  • - einen Vorspannungseingangsanschluß (113), der mit dem Steuerspannungseingangsabschnitt (G) der zweiten span­ nungsgesteuerten Stromquelle (114) zur Eingabe der Steuer­ spannung (V 0) von der Vergleichseinrichtung (103) als eine Vorspannung verbunden ist.
6. Elektrische Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste spannungsgesteuerte Stromquelle (115) einen ersten Transistor (115) eines be­ stimmten Leitfähigkeitstyps aufweist und die zweite span­ nungsgesteuerte Stromquelle (114) einen zweiten Transistor (114) eines zum ersten Transistor entgegengesetzten Leit­ fähigkeitstyps aufweist.
7. Elektrische Einrichtung vom gesteuerten Schwellentyp mit:
  • - einem ersten Transistor (5, 11) mit einer ersten und einer zweiten Steuerelektrode (G, B) und einem ersten und einem zweiten Leitungsanschluß (D, S), wobei die erste Steuer­ elektrode (G) mit dem ersten Leitungsanschluß (D) verbun­ den ist und der zweite Leitungsanschluß (S) mit einer vorgeschriebenen Spannung versorgt ist;
  • - einem zweiten Transistor (1, 10) mit einer ersten und einer zweiten Steuerelektrode (G, B) und einem ersten und einem zweiten Leitungsanschluß (D, S), wobei der zweite Leitungsanschluß (S) mit einer vorgeschriebenen Spannung versorgt ist, und die zweite Steuerelektrode (B) mit der zweiten Steuerelektrode (B) des ersten Transi­ stors (5, 11) verbunden ist;
  • - eine Stromversorgungseinrichtung (7) zum Liefern von Strom an den ersten Leitungsanschluß (G) des ersten Transistors (5, 11); und
  • - eine Differenzverstärkereinrichtung (6) mit einem mit dem ersten Leitungsanschluß (G) des ersten Transistors (5, 11) verbundenen ersten Eingangsanschluß und einem zweiten Eingangsanschluß, der eine Referenzeingangsspan­ nung empfängt, zum Anlegen eines Ausganges der zweiten Steuerelektrode (B) des ersten und des zweiten Transistors (5, 11, 1, 10), wodurch eine negative Rückkopplungsschleife zu der Dif­ ferenzverstärkereinrichtung (6) durch den ersten Transi­ stor (5, 11) gebildet ist.
8. Komparator, der eine Referenzeingangsspannung (V 1) und eine externe Eingangsspannung (V 2) zur Bestimmung der Größe der externen Eingangsspannung (V 2) aufgrund der Referenzein­ gangsspannung (V 1) zur Ausgabe eines Ergebnisses der Bestim­ mung empfängt, welcher aufweist:
  • - eine Vergleichseinrichtung (6, 103), die die Referenzein­ gangsspannung (V 1) und eine Rückkopplungseingangsspannung empfängt, zum Vergleichen der beiden Eingangsspannungen zur Ausgabe einer vorgeschriebenen Steuerspannung;
  • - eine Einrichtung zur Bestimmung der Größe der externen Eingangsspannung (17, 101) mit einer vorbestimmten Logik­ bestimmungsschwelle, zum Empfangen der Steuerspannung (V 0) von der Vergleichseinrichtung (6, 103) und der ex­ ternen Eingangsspannung (V 2), und zur Ausgabe eines Er­ gebnisses der Bestimmung der Größe der externen Eingangs­ spannung (V 2), wobei die Logikbestimmungsschwelle als eine Referenz dient, und die Logikbestimmungsschwelle durch die eingegebene Steuerspannung (V 2) gesteuert ist; und
  • - eine Spannungsausgabeeinrichtung für die entsprechende Schwelle (18, 102) mit einer vorbestimmten Schwelle, die die von der Vergleichseinrichtung (6, 103) ausgegebene Steuerspannung (V 0) zur Ausgabe einer Schwellenfolgespan­ nung empfängt, deren Wert der Schwelle entspricht, wobei die Schwelle durch die Steuerspannung (V 0) während des Erhaltens einer vorgeschriebenen Beziehung mit der Logik­ bestimmungsschwelle der Einrichtung zur Bestimmung der Größe der externen Eingangsspannung (17, 101) gesteuert ist, und zum Rückkoppeln der Schwellenfolgespannung an die Vergleichseinrichtung (6, 103) als Rückkopplungsspan­ nung; wodurch die Rückkopplungsschleife zu der Vergleichs­ einrichtung (6, 103) durch die Spannungsausgabeeinrichtung für die entsprechende Schwelle (18, 102) gebildet ist, und die Steuerspannung so gesteuert ist, daß sich die Logikbestimmungsschwelle der Einrichtung zur Bestimmung der Größe der externen Eingangsspannung (17, 101) einem Zielwert nähert.
9. Komparator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsausgabeeinrichtung für die entsprechende Schwelle (18, 102) eine Schwelle auf­ weist, die durch die Steuerspannung (V 0) während des Erhal­ tens des gleichen Wertes als die Logikbestimmungsschwelle der Einrichtung zur Bestimmung der Größe der externen Ein­ gangsspannung (17, 101) gesteuert ist.
10. Komparator nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichseinrichtung (6, 103) eine Differenzverstärkereinrichtung (6, 103) zum Ver­ stärken einer Differenz zwischen zwei Eingangsspannungen zur Ausgabe derselben aufweist.
11. Komparator nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsausgabeeinrichtung für die entsprechende Schwelle (102) aufweist:
  • - eine erste und eine zweite spannungsgesteuerte Stromquelle (125, 124), von denen jede einen Steuerspannungseingangs­ abschnitt (G) und einen Ausgangsabschnitt (D) zur Ausgabe eines Stromes aufweist, dessen Größe durch eine an den Steuerspannungseingangsabschnitt (G) angelegte Spannung gesteuert ist;
  • - einen Spannungsausgangsanschluß für die entsprechende Schwelle (122), der mit dem Steuerspannungseingangsab­ schnitt (G) der ersten spannungsgesteuerten Stromquelle (125) und den jeweiligen Ausgangsabschnitten (D) der ersten und der zweiten spannungsgesteuerten Stromquelle (125, 124) zum Ausgeben der Schwellenfolgespannung verbunden ist; und
  • - einen Vorspannungseingangsanschluß (123), der mit dem Steuerspannungseingangsabschnitt (G) der zweiten span­ nungsgesteuerten Stromquelle (124) zur Eingabe der Steuer­ spannung von der Vergleichseinrichtung (103) als eine Vorspannung verbunden ist.
12. Komparator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Bestimmung der Größe der externen Eingangsspannung (101) aufweist:.
  • - eine erste und eine zweite spannungsgesteuerte Stromquelle (115, 114), von denen jede einen Steuerspannungseingangs­ abschnitt (G) und einen Ausgangsabschnitt (D) zur Ausgabe eines Stromes aufweist, dessen Größe durch eine an den Steuerspannungseingangsabschnitt (G) angelegte Spannung gesteuert ist;
  • - einen Eingangsanschluß (111), der mit dem Steuerspannungs­ eingangsabschnitt (G) der ersten spannungsgesteuerten Stromquelle (115) zum Empfangen der externen Eingangs­ spannung (V 2) verbunden ist;
  • - einen Ausgangsanschluß (112), der mit den jeweiligen Aus­ gangsabschnitten (D) der ersten und der zweiten spannungs­ gesteuerten Stromquelle (115, 114) zur Ausgabe einer Aus­ gangsspannung des ersten oder des zweiten Logikzustandes verbunden ist; und
  • - einen Vorspannungseingangsanschluß (113), der mit dem Steuerspannungseingangsabschnitt (G) der zweiten span­ nungsgesteuerten Stromquelle (114) zur Eingabe der Steuer­ spannung von der Vergleichseinrichtung (103) als eine Vorspannung verbunden ist.
13. Komparator nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die erste spannungsgesteuerte Stromquelle (115) einen ersten Transistor (115) eines be­ stimmten Leitfähigkeitstyps aufweist, und die zweite span­ nungsgesteuerte Stromquelle (114) einen zweiten Transistor (114) eines zum ersten Transistor entgegengesetzten Leit­ fähigkeitstyps aufweist.
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