NL9201497A - Bemonster- en houdschakeling, bufferschakeling en bemonster- en houdinrichting die van deze schakelingen gebruik maakt. - Google Patents

Description

Bemonster- en houdschakeling, bufferschakeling en bemonsteren houdinrichting die van deze schakelingen gebruik maakt.

-1- ACHTERGROND VAN DE UITVINDING Gebied van de uitvinding.

De onderhavige uitvinding betreft een differenti-aaltype bemonsterings-houdkring, een bufferkring met twee emittervolgende transistors en een bemonsteringshoud-inrichting die van deze schakelingen gebruik maakt. Beschrijving van de stand van de techniek.

Fig.7 toont een bemonsterings-houdkring die beschreven is in IEEE International Solid-State Circuit Conference Digest of Technical Papers 1990,blz.164 bijvoorbeeld. De in fig.7 getekende bemonstering- houdkring is van een differentiaal type , dat een uitgangsspanningsverschil levert in overeenstemming met ingangsspanningsverschillen. Zoals blijkt uit de figuur, zijn de ingangen 1 en 2 verbonden met een positieve ingang 301 en een negatieve ingang 302 van een versterkingskring 3 via de schakelkringen 101 resp. 102. De positieve ingang 301 en de negatieve ingang 302 zijn voorts verbonden met een positieve uitgang 303 en een negatieve uitgang 304 van een differentiaalkring 303 via de schakelkringen 103 en 104. Een condensator 105 is aangebracht tussen de positieve uitgang 303 en de negatieve uitgang 304.

Over het algemeen heeft de werking van een bemonsterings-houdkring een bemonsteringsperiode waarin een utigang ervan de ingang volgt en een houdperiode waarin de uitgang aan het einde van de bemonsteringsperiode vastgehouden wordt. Eerst zal de werking van de differentiaal kring beschreven worden. De differentiaal kring levert een potentiaalverschil overeenkomstig een potentiaalverschil tussen ingangen als een potentiaalverschil tussen de uitgangen. Wanneer despanningen op de positieve en de negatieve ingang van de differentiaalkring weergegeven worden door Vi en Vi en de spanningen op de positieve * * *4" en negatieve uitgangen weergegeven worden door Vo en

Vo resp., wordt de werking van de differentiaalkring door de volgende vergelijkingen (1) en (2) weergegeven.

. +

Wanneer Vi = Vi zijn de spanningen op de negatieve en positieve uitgangen beide op Voc (in het volgende zal de spanning Voc aangegeven worden als dezelfde fase uitgangsspanning). In de boven aangegeven vergelijkingen (1) en (2), geeft het referentiesymbool A een versterkings-faktor van het uitgangspotentiaalverschil aan ten opzichte van het ingangspotentiaalverschil, d.w.z. de differentiaal-versterking.

De werking van de conventionele bemonsterings-en houdkring volgens fig.7 zal in het volgende beschreven worden. Aangenomen wordt, dat de differentiaalversterking A van de differentiaalkring ingesteld wordt op ongeveer 1.

In de bemonsteringsperiode, worden de schakel-kringen 101 en 102 ingesteld op de AAN toestand(geleidende toestand) en worden de schakelkringen 103 en 104 ingesteld op de UIT toestand (afgeschakelde toestand).

Het uitgangspotentiaalverschil tussen de positieve uitgang 303 en de negatieve uitgang 304 in de bemonsteringsperiode volgt derhalve het ingangsspanningsverschil dat aangelegd wordt tussen de ingangsklemmen 1 en 2, teneinde hetzelfde te zijn als het ingangsspanningsverschil.

In de houdperiode, worden de schakelkringen 101 en 102 afgeschakeld en de schakelkringen 103 en 104 aangeschakeld. De uitgangspotentiaalverschil van de differentiaalkring 3 op het moment van schakelen van de schakelkringen 101 tot 104 wordt in stand gehouden door de condensator 105. Daarna wordt het uitgangspotentiaal -verschil tussen de positieve uitgang 303 en de negatieve uitgang 304 in de houdperiode konstant gehouden tenzij het ingangspotentiaalverschil van de differentiaalkring 3 zich wijzigt. In de houdperiode, worden de positieve uitgang 303 en de positieve ingang 301 verbonden door schakelkringen 103 en 104 en worden de negatieve uitgang 304 en de negatieve ingang 302 gekoppeld waardoor een uitgang van de differentiaalkring 3 positief teruggekoppeld wordt naar de ingang. Indien de differentiaalversterking A derhalve van de differentiaalkring 3 nauwkeurig 1 is, is het ingangspotentiaalverschil van de differentiaalkring 3 niet veranderd en kan derhalve het uitgangspotentiaal verschil behouden blijven.

Het volgende probleem doet zich voor in de bemonsteringsperiode in de conventionele bemonsterings-houdkring, wanneer de differentiaalversterking van de differentiaalkring 3 niet nauwkeurig 1 is. Wanneer we bijvoorbeeld aannemen, dat de uitgangsverschilspanning van de differentiaalkring 3 op het moment van schakelen van de schakelkringen 101 tot 104 1 volt bedraagt en de differentiaalversterking 1,01 is, wordt aangenomen, dat differentiaalkring 3 een verandering in-ingangsspanningsverschil overdraaagt naar de uitgang na een periode van 5 nanosekonden en voorts wordt aangenomen, dat er geen vertraging is in de schakelkringen 101 tot 104 en in andere delen. Het uitgangspotentiaalverschil van de differentiaalkring 3 op het moment van verandering van de bemonsteringsperiode naar houdperiode IV wordt overgedragen naar de ingang van de differentiaalkring 3 en versterkt door de differentiaalversterking van 1,01 , zodat het potentiaalverschil aan de uitgang van de differentiaalkring 3 na verloop van 5 nanosekonden 1.01 volgt wordt. Dit uitgangspotentiaalverschl van 1.01 V wordt weer teruggekoppeld naar de ingang van de differentiaalkring 3 als het ingangspotentiaalverschil.

Na verloop van een volgende 5 nanosekonden, bereikt derhalve het potentiaalverschil aan het uitgangseinde 1,0201 V. Op deze wijze neemt het potentiaalverschil in de condensator 105 toe met het verloop van de tijd, zoals fig.8 toont. In fig.8 tonen onderbroken lijnen 106' en 107' potentiaalveranderingen in het ideale geval waarin A=l, en tonen getrokken lijnen 106 en 107 potentiaal -veranderingen wanneer A 1. De onderbroken lijn 106' en de getrokken lijn 106 tonen spanningen op de positieve utigang 303 en de onderbroken lijn 107' en de getrokken lijn 107 tonen een spanningop de negatieve uitgang 304.

Zoals hierboven is beschreven is er een positieve terugkoppeling naar de differentiaalkring 3 tijdens de houdperiode in de conventionele bemonsterings-houdkring volgens fig.7, zodat het onmogelijk is om bedoeld de versterking van de bemonsterings-houdkring op een andere waarde dan 1 in te stellen en zelfs indien de versterking op ongewenste wijze vanwege variatie tijdens de produktie enigszins verschilt van 1, wordt de uitgang onstabiel.

Een conventionele bufferkring met gebruikmaking van een emittervolger zal beschreven worden aan de hand van fig.9 en 10. De emittervolgerkring heeft een hoge ingangsimpedantie en een lage uitgangsimpedantie en wordt zeer veel gebruikt als middel voor het verbeteren van de mogelijkheid stuursignalen te leveren. De buffer-uitgangskring volgens de fig.9 en 10 bevat twee series emittervolgerkringen. Eén emittervolgerkring bevat een NPN bipolairetransistor 203 en een gelijkstroomkring 205. De andere emittervolgerkring bevat een NPN bipolaire transistor 204 en een gelijkstroomkring 206. Collectoren van transistoren 203 en 204 zijn met dezelfde voedingsbron verbonden (voedingsspanning Vcc). De emitter van de transistor 203 is gekoppeld met de gelijkstroomkring 205 en de emitter van tarnsistor 204 is met de gelijkstroomkring 206 verbonden. Gelijkstroomkringen 205 en 206 hebben dezelfde stroomwaarden. De basis van transistor 203 is met een ingang 201 verbonden en de basis van transistor 204 is verbonden met de ingang 202.

Zoals blijkt uit fig.9, zijn de ingangen 201 en 202 van de bufferkring 200 met een spanningsgenererende kring 199 met een hoge uitgangsimpedantie gekoppeld.

De spanningsgenererende kring 199 bevat een uitgangsimpedantie 197 en 198, die identiek zijn en een relatief hoge weerstands-waarde bezitten. Zoals blijkt uit fig.10 zijn de ingangen 201 en 202 verbonden met een spanninggenererende kring 180 waarin condensatoren opgenomen zijn. De spanning genererende kring 180 bevat de condensatoren Cl en C2 met dezelfde kapaciteitswaarde. Een elektrode van de condensator Cl ligt aan de ingang 201 en een elektrode van de condensator C2 ligt aan de ingang 202. De andere elektrode van elke van de condensatoren Cl en C2 zijn verbodnen met een referentiespanningsbron b.v. aarde.

De condensatoren Cl en C2 worden geladen door een externe laadstroom. Na het laden van de condensatoren Cl en C2, worden de in de condensatoren Cl en C2 in stand gehouden spanningen aangelegd aan de bases van de transistoren 203 en 204 resp.

Aan de hand van de figuren 9 en 10 zal de werking van de bufferkring 200 beschreven worden.

Aangezien de transistoren 203 en 204 dezelfde emitterstroom hebben, hebben de basis-emitterspanning van transistor 203 en de basis-emitterspanning van transistor 204 dezelfde en konstante waarde. Hetpotentiaalverschil tussen de ingangen 201 en 202 van de bufferkring 200 verschijnt dus direkt als het potentiaalverschil tussen de uitgangsknooppunten 207 en 208. De invloed van een basis-stroom Ib+ door de transistor 203 en de basistroom lb~ stromend door de transistor 204 zal beschreven worden.

Zoals blijkt uit fig.9 , worden de uitgangs-spanning van de spanningsgenererende kring 199 d.w.z.

spanningen op de ingangen 201 en 202 van de bufferkring 200 weergegeven als resp. Vx+ en Vx", wanneer de basisstromen van transistoren 203 en 204 nul zijn. Zoals blijkt uit fig.9, vloeien de basistromen Ib+ en Ib" door de uitgangsimpedanties 197 en 198 van de spannings-genererende'kring 199, waardoor een spanningsval optreedt van Ib+-r en Ib .r. Wanneer de basisstromen van de transistoren 203 en 204 dezelfde zijn, is de spanningsval hetzelfde.

De beide uitgangswaarden zelf van de spannings genererende kring 199 vallen dus vanwege de invloed van de basisstromen van de transistoren 203 en 204. Het potentiaalverschil wordt echter niet beïnvloed en wordt op (vx+-Vx ) gehouden.

Zoals blijkt uit fig.10, verliezen tijdens de ontlaadperiode van de condensatoren Cl en C2 wanneer de basisstromen Ib+ en Ib wegstromen uit de condensatoren Cl en C2, de condensatoren Cl en C2 hun stromen en wordt hetspanningsverloop (Ib+*t/C) en (Ib”.t/C) opgewekt, het referentiesymbool t representeert het tijdverloop vanaf het begin van het ontladen van de condensatoren Cl en C2. Wanneer de basistromen Ib’1' en Ib" van de transistoren 203 en 204 hetzelfde zijn, is op een arbitrair tijdstip het uitgangsspanningsverloop hetzelfde. Alhoewel de beide uitgangswaarden van de spanningsgenererende kring 180 derhalve lager is wanneer de tijd verloopt vanwege de invloed van de basisstromen van de transistoren 203 en 204, is het verschil steeds (Vx+ -Vx") en niet beïnvloed door de stromen. De tijdsverandering van de beide uitgangsspanningen uit de spanning genererende kring 180 in ditideale geval wordt weergegeven door de onderbroken lijn 181' en 182' in fig.ll.

Zoals in het voorgaande is beschreven, wordt, indien de basisstromen van de beide transistoren 203 en 204 in bufferkring 200 hetzelfde zijn, de uitgangspo-tentiaalverschillen van de spanninggenererende kring 199 of 180 welke verbonden is met de bufferkring 200 niet beïnvloed. Indien echter de emitterstroom konstant is in bipolaire transistoren, verschillen de basisstromen enigszins tengevolge van een zogenoemd vroeg effekt, wanneer de collector-basis spanningen verschillend zijn.

In de conventionele bufferkring 200 volgens fig.9 en 10, zijn de collectoren van tarnsistoren 203 en 204 gezamenlijk verbonden met de voeding met de konstante potentiaal van Vcc. Aangezien echter de basisspanningen verschillend van elkaar zijn, is de collector-basisspanning van de transistor 203 verschillend van die van transistor 204. Meer in het bijzonder wanneer de basisspanningen van transistoren 203 en 204 weergegeven worden door Vb+ en Vb- en de collector-basisspanningen van transistor 203 en 204 weergegeven worden door Vcb+ en Vcb , dan bestaat de volgende relatie:

Dienovereenkomstig wordt het verschil tussen de collector-basisspanningen Vcb+ en Vcb van deze transistoren weergegeven als:

Indien verschillende spanningen aangelegd worden op een PN lagen oppervlak van een bipolaire transistor, zoals aangegeven door de bovengenoemde vergelijking, verschilt de breedte van de weglooplaag die gegenereerd wordt in dat deel zoals bekend is (wanneer de omgekeerde voorspanning groot is wordt d eweglooplaag dik en indien de spanning klein is wordt de weglooplaag dunner). Vanwege deze invloed verschilt de basisbreedte. Fig.12 en 13 tonen schematisch de manier waarop. Wanneer de basispotentiaal van de bipolaire transistor 203 uit fig.12 hoger is dan de basispotentiaal van de bipolaire transistor 204 volgens fig.13, is het potentiaalverschil tussen de collector en de basistransistor 203 kleiner dan het potentiaalverschil in tarnsistor 204. Een weglooplaag (gearceerd deel in de figuur) dunner dan dat van transistor 204 wordt dus gegenereerd tussen de collector en de basis van collector 203 en dienovereenkomstig wordt de basisbreedte

van transistor 203 groter dan de basisbreedte

van transistor 204.

Indien de stroomverdelingsverhouding van de emitterstroom naar de basis en de collector

is, waarbij de waarde „ verkregen wordt in overeenstemming Γ met de volgende vergelijking(6) (zie een vergelijking (1.48) weergegeven in "Analysis and Design of Analog Integrated Circuits 2nd Edition" gepubliceerd door John Wiley & Sons )

A

3

In vergleijking (6) representeren de referentie-symbolen ί:ρ , Dn en de levensduur van minderheidsdragers, diffusiecoefficient van minderheidsdragers en verontreinigings-concentraties op de basis respektievelijk. De referentie-symbolen Lp, Dp en representeren diffusielengte van minderheidsdragers, de coefficient van diffusie en verontrei-nigingsconcentratie op de emitter, respektievelijk.

Zoals blijkt uit vergelijking (6), wordt kleiner wanneer de basisbreedte W_, groter wordt en wordt meer

D

stroom gedistribueerd naar de basis. De basisstroom verschilt wanneer de colelctor-basisspanningen verschillend zijn zelfs indien de emitterstromen van de bipolaire transistoren 203 en 204 dezelfde zijn.

In het conventionele voorbeeld volgens fig.9 waarin de spanningsgenererende kring 199 een relatief hoge uitgangsimpedantie heeft en is verbonden met de bufferkring 200 waarin een verschillende basisstroom vloeit door twee emittervolgende transistoren 203 en 204, doen zich verschillende spanningsvallen voor op de uitgangsimpedanties 197 en 198 en derhalve verschilt het potentiaalverschil op de ingangen 201 en 202 van de gewenste waarde (Vx+ -Vx~). In het conventionele voorbeeld uit fig.10, waarin de spanningsgenererende kring 180 welke een uitgangsspanning verschaft door de spanningen inde condensatoren Cl en C2, verbonden is met de bufferkring 200, verschillen de spanningsverlopen van de condensatoren Cl en C2 van elkander en is het potentiaalverschil op de ingangen 201 en 202 verschillend van de gewenste waarde (Vx+ -Vx"), en verandert voorts wanneer de tijd verloopt. De getrokken lijnen 181 en 182 uit fig.ll tonen schematisch de wijze waarop.

Zoals in het voorgaande is beschreven, is in de conventionele bemonsteringshoudkring uit fig.7 een postiieve terugkoppeling naar de differentiaalkring 3 in de houdperiode zodanig, dat het ónmogelijk is om op gewenste wijze de versterking van de bemonsterings-houdkring anders in te stellen dan 1, en wanneer de versterking enigszins ver’schilt van 1 tengevolge van variaties in de produktie, wordt de uitgang ontstabiel.

In de conventionele bufferkring 200 uit fig.9 en 10 beinvloden verschillende basisstromen van transistoren 203 en 204 hetuitgangsspanningsverschil van de spanning genererende kring, wanneer de spanning genererende kring die is verbonden met de bufferkring een relatief hoge uitgangsimpedantie heeft of wanneer de uitgangsspanning geleverd wordt door de spanningen in de condensatoren.

SAMENVATTING VAN DE UITVINDING.

Een doel van de onderhavige uitvinding bestaat uit het verschaffen van een bemonsterings-houdkring, waarin de versterking arbitrair ingesteld kan worden en welke een stabiele uitgang levert.

Een ander doel van de uitvinding is het verschaffen , zelfs wanneer een spanning genererende kring met een hoge uitgangsimpedantie verbonden is met of de spanning genererende kring een uitgangsspanning levert door spanningen inde condensatoren is verbonden van een bufferkring die het uitgangsspanningsverschil van uit die uitgang genererende kringen niet beïnvloedt.

Een ander doel van de uitvinding is het leveren van een emittervolger, die stabiel kan werken een differentiaalbemonsteringshoudkring heeft en een bufferkring.

De bemonsterings- en de houdkring volgens de onderhavige uitvinding omvat een differentiaalkring, eerste en tweede schakelmiddelen, eerste en tweede condensatoren. De differentiaalkring bevat eerste en tweede ingangen en eerste en tweede uitgangen waarin een uitgangsspanningsverschil tussen de eerste en tweede uitgangen verandert overeenkomstig een ingangsspanningsverschil tussen de eerste en tweede ingangen. De eerste en tweede schakelmiddélen worden AANgehouden tijdens een bemonsterings-periode en zij worden UITgehouden gedurende een houdperiode.

De eerste condensator is met één elektrode verbonden met de eerste uitgang van de differentiaalkring via de eerste schakelmiddelen en de andere elektrode is verbonden met de referentiespanningsbron.

De tweede condensator is met één elektrode verbonden met de tweede uitgang van de differentiaalkring via de tweede schakelmiddelen en de andere elektrode is verbonden met de referentiespannignsbron.

De bufferkring volgens de onderhavige utivinding omvat eerste en tweede bipolaire transistoren, eerste en tweede konstante stroombronnen en collectorspanningregelende middelen.De eerste bipolaire transistor ontvangt een eerste analoog signaal op zijn basis. De tweede bipolaire transistor ontvangt een tweede analoog signaal op zijn basis. De eerste konstante stroombron is verbonden met de emitter van de bipolaire transistor. De tweede konstrante stroombron is met de emitter van de tweede bipolaire transistor verbonden en heeft ongeveer dezelfde stroomwaarde als de eerste konstante stroombron. De collectorspanning regelende middelen regelen de collectorspanningen van de eerste en tweede bipolaire transistoren zodanig, dat de collectorbasisspanning van de eerste bipolaire tarnsistor steeds dezelfde is als de collectorbasisspanning van de tweede bipolaire transistor.

De bemonster- houdinrichting volgens de uitvinding bevat een differentiaal type bemonster-houdkring voor het bemonsteren en het vasthouden van een spanningsverschil tussen de beide analoge ingangssignalen daarnaar en een bufferkring bevat twee series emittervolgers, welke de beide analoge signalen ontvangen, die bemonsterd en vastgehouden zijn door de bemonsterings-houdkring om de beide analoge signalen met een spanningsverschil korresponderend met de spanningsverschillen tussen deze beide analoge signalen uit te voeren. De bemonsterings- houdkring bevat een differentiaalkring, eerste en tweede schakelaars en eerste en tweede condensatoren. De differentiaalkring bevat eerste en tweede ingangen en eerste en tweede uitgangen en een uitgangsspanningsverschil tussen de eerste en tweede uitgangen verandert afhankelijk van het ingahgsspanningsverschil tussen de eerste en tweede ingangen. De eerste en tweede schakelmiddelen worden AANgehouden in de bemonsteringsperiode en UITgehouden in de houdperiode. De eerste condensator is met één elektrode verbonden met de eerste uitgang van de differentiaalkring via de eerte schakelmiddelen en de andere elektrode is verbonden met de referentiespanningsbron. De tweede condensator is met één elektrode verbonden met de tweede uitgang van de differentiaalkring via de tweede schakelmiddelen en de andere elektrode is verbonden met de referentiespanningsbron . De bufferkring bevat eerste en tweede bipolaire transistoren, eerste en tweede konstante stroombronnen en een collectorstroombesturingsmiddel. De eerste bipolaire transistor is met zijn basis verbonden met één elektrode van de eerste condensator. De tweede bipolaire transistor is met zijn basis verbonden met één elektrode van de tweede condensator. De eerste konstante stroombron is verbonden met de emitter van de eerste bipolaire transistor.

De tweede konstante stroombron is verbonden met de emitter van de tweede bipolaire transistor, en heeft ongeveer dezelfde stroomwaarde als de eerste konstante stroombron.

De collectorstroombesturingsmiddelen regelen de collector-spanningen van de eerste en tweede bipolaire transistoren, zodat dat de collector-basisspanning van de eerste bipolaire transistor steeds dezelfe is als de collector-basisspanning van de tweede bipolaire transistor.

In de bemonsterings-houdkring van de onderhavige uitvinding, worden de eerste en tweede schakelmiddelen UITgeschakeld bij verandering van de bemonsteringsperiode ten opzichte van de houdperiode, zodat de eerste en tweede condensatoren de uitgangsspanning van de differentiaal- kring vasthouden. Gedurende de houdperiode, zijn dienovereenkomstig de eerste en tweede condensatoren gescheiden van de differentiaalkring en de uitgangsspanning wordt dus stabiel.

In de bufferschakeling volgens de uitvinding, worden zelfs indien de basispanningen van de eerste en tweede bipolaire transistoren niet dezelfde zijn, de collectorspanningen van de eerste en tweede bipolaire transistoren gestuurd door de collectorspanningregelende middelen en derhalve zijn de collector-basisspanningen van de eerste en tweede bipolaire transistoren steeds hetzelfde. De basisstromen van de eerste en twede bipolaire transistoren zijn dus hetzelfde en derhalve wordt het uitgangsspanningsverschil van de spanningsgenererende kring die gekoppeld is met de bufferschakeling niet beïnvloed. De bemonster en houd inrichting volgens de uitvinding omvat de bemonsteringshoudkring en de buffer-schakelingsfunktie als in het voorgaande beschreven is.

De stabiele werking wordt op deze wijze verkregen.

De voorgaande en andere doeleinden, aspekten maatregelen en voordelen van de uitvinding zullen duidelijk worden uit de volgende gedetailleerde beschrijving van de uitvinding in samenhang met de bijgaande tekeningen.

KORTE BESCHRIJVING VAN DE TEKENINGEN.

Fig.l toont een konstruktie van een bemonsterings-houdschakeling overeenkomstig een uitvoeringsvorm van de uitvinding,

Fig.2 toont een konstruktie van een bemonsterings-houdinrichting overeenkomstig een uitvoeringsvorm van de uitvinding,

Fig.3 toont een konstruktie van een bemonsterings-houdinrichting volgens een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding ,

Fig.4 is een schakelschema van een voorbeeld van de konstruktie van de differentiaalkring 209 uit de fig.2 en 3.

Fig.5 is een schakelschema van een andere uitvoeringsvoorbeeld van de konstruktie van de differentiaal-kring 209 volgens de fig.2 en 3.

Fig.6 toont een konstruktie van een bemonsterings-houdinrichting overeenkomstig een andere uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding,

Fig.7 toont een konstruktie van een conventioneel bemonsterings- en houdkring,

Fig.8 toont de werking van de conventionele bemonsterings- en houdkring.

Fig.9 toont een konstruktie van een conventionele bufferkring.

Fig.10 toont een konstruktie van een conventionele bufferkring.

Fig.ll toont een werking van een spanning genererende kring 180 uit fig.10,

Fig.12 toont schematisch de wijze van bedrijf van de transistor 203 uti de fig.9 en 10,

Fig.13 toont schematisch de funktie van de transistor 204 uti fig.9 en 10.

BESCHRIJVING VAN DE VOORKEURSUITVOERINGEN.

Fig.l toont een konstruktie van een bemonsterings-houdkring overeenkomstig een uitvoeringsvorm van de utivinding. Zoals blijkt uit de figuur zijn de ingangen 1 en 2 direkt gekoppeld met een positieve ingang 301 en een negatieve ingang 302 van een differentiaalkring 3. Een positieve uitgang 303 en een negatieve utigang 304 van de differentiaalkring 3 zijn verbonden met één elektrode van de condensator 6 en één elektrode van de condensator 7 via respektievelijke schakelkringen 4 en 5. De andere elektrode van de condensator 6 en die van de condensator 7 zijn verbonden met een referentie-spanning (bijvoorbeeld aarde).

Een uitgang van de bemonsteringshoudkring 100 wordt verkregen aan de knooppunten 8 en 9 die verbonden zijn met één elektrode van de condensator 6 en één elektrode van de condensator 7.

De werking van de bemonsterings-houdkring 100 volgens fig.l zal nader worden beschreven. In de bemonsteringsperiode, worden de schakelende kringen 4 en 5 INgeschakeld. Het potentiaalverschil aan de uitgangsknooppun-ten 8 en 9 in de bemonsteringsperode wordt hetzelfde als het uitgangspotentiaalverschil van de differentiaalkring 3, en volgt het verschil tussen de ingangsspanningen op de ingangen 1 en 2. Wanneer de houdperiode begint, worden de schakelkringen 4 en 5 afgeschakeld. Het uitgangspotentiaalverschil op het moment van schakelen van de schakelkringen 4 en 5 wordt dienovereenkomstig vastgehouden door de condensatoren 6 en 7. Aangezien de condensatoren 6 en 7 gescheiden zijn van de differentiaalkring 3 door de schakelende kringen 4 en 5 vanaf dit tijdstip, wordt het potentiaalverschil aan de uitgangsknooppunten 8 en 9 niet beïnvloed zelfs indien het ingangspotentiaalverschil van de differentiaalkring 3 verandert waardoor dienovereenkomstig het uitgangspotentiaalverschil verandert.

De bovenbeschreven werking wordt verkregen ongeacht de verschillende versterkingsfaktor van de differentiaalkring 3. Wanneer de verschilversterkingsfaktor van de bemonsterings-houdkring als geheel groter moet worden, is het enige wat dus nodig is het vergroten van de versterkingsfaktor van de differentiaalkring 3. In vergelijking daarmee moet in de conventionele bemonsterings-houdkring volgens fig.7 de versterkingsfaktor van de differentiaalkring 3 nauwkeurig op 1 worden gehouden.

Wanneer de versterkingsfaktor van de bemonsterings-houdkring als geheel groter moet worden, moeten derhalve de differentiaal-versterkers opnieuw in cascade gekoppeld worden met de uitgang van de differentiaalkring 3. Wanneer een bufferkring volgens de onderhavige uitvinding die in het volgende zal worden beschreven verbonden wordt met de uitgangsknooppunten 8 en 9 van de bemonsteringshoud-kring volgens fig.l, kunnen stabiele uitgangen verkregen worden.

Fig.2 toont een konstruktie van een bemonsterings-houdkring overeenkomstig een uitvoeringsvorm van de uitvinding. De bemonsterings-houdschakeling volgens fig.2 bevat de bemonsterings-houdkring 100 uit fig.l die verbonden is met de bufferschakeling 300. De konstruktie van de bemonsterings-houdschakeling 100 is volledig hetzelfde als die van de bemonsteringshoudkring 100 uit fig.l en de beschrijving ervan wordt dus niet herhaald.

De konstruktie van de bufferkring 300 zal worden beschreven De bufferkring 300 bevat, evenals de conventionele bufferkring 200 uit fig.9 en 10, NPN bipolaire transistoren 203 en 204 en stroombronschakelingen 205 en 206 met dezelfde stroomwaarde. De bufferkring 300 bevat voorts een differentiaalkring 209. De colelctoren van de transistoren 203 en 204 zijn verbonden met de positieve uitgang 210 resp, de negatieve uitgang 211 van de differentiaalkring 209. De baes van de transistoren 203 en 204 zijn verbonden met resp. de ingangen 201 en 202. De emitter van transistor 203.is.verbonden met de stroombronschakeling 205 en de positieve ingang 207 van de differentiaalkring 209.

De emitter van transistor 204 is verbonden met de stroombronschakeling 206 en een negatieve ingang 208 van de differentiaalkring 209. De ingangen 201 en 202 van de bufferkring 300 zijn verbonden met de uitgangsknooppunten 8 en 9 resp. van de bemonsterings- en houdkring 100.

Fig.3 toont een konstruktie van de bemonsterings-houdinrichting van een andere utivoeringsvorm 'van de uitvinding. In de bemonsterings- en houdinrichting uit fig.3, is de bufferkring 400 verbonden met-de bemonsteringshoudkring 100. De positieve ingang 207 van de differentiaalkring 209 in de bufferkring 400 is verbonden met de basis van de transistor 203 en de ingang 201. Een negatieve ingang 208 van de differentiaalkring 209 is verbonden met dè basis van de transistor 204 en een ingang 202.

Andere konstrukties van bemonsterings-houdinrichting uit fig.3 zijn dezelfde als die van de bemonsterings-houd inrichting uit fig.2 en de korresponderende delen worden met dezelfde verwijzingscijfers aangegeven zodat de beschrijving niet zal wordenherhaald.

De werking van de bemonsterings-houdkring uit fig.2 en 3 is volledig hetzelfde als die aangegeven met verwijzingscijfer 100 uit fig.l.

De werking vah de bufferkring 300 uit fig,2 en de bufferkring 400 in fig.3 zullen derhalve thans worden beschreven.

Zoals blijkt uit fig.2 en 3, hebben aangezien de emitterstromen van de transistoren 203 en 204 hetzelfde zijn, de basis-emitterspanningen van de transistoren 203 en 204 dezelfde en konstante waarde. Het potentiaalverschil tussen de ingangen 201 en 202 verschijnt dus direkt als een potentiaalverschil tussen de positieve ingangen 207 en de negatieve ingang 208 van de differentiaalkring 209. De positieve en negatiev eingangen van de differentiaalkring 209 zijn met de emitters van de transistoren 203 en 204 in fig.2 en direkt met de ingangen 201 en 202 in fig.3 gekoppeld. In hetzij de bufferkring 300 uit fig.2 of de bufferkring 400 uit fig.3, worden dus het ingangspoten-tiaalverschil van de differentiaalkring 209 gelijk aan hetpotentiaalverschil tussen de ingangen 201 en 202.

Op dit tijdstip, worden positieve en negatieve uitgangen vande differentiaalkring 209 toegevoerd in overeenstemming met de bovengenoemde vergelijkingen (1) en (2).

Meer in het bijzonder zijn de volgende vergelijkingen van toepassing door het weergeven van de basisspanningen van de transistoren 203 en 204 door Vb+ en Vb resp. de collector-basisspanningen van de transistoren 203 en 204 door Vcb+ en Vcb

Het verschil tussen de collector-basisspanningen Vcb+ en Vcb van de transistoren 203 en 204 wordt dus weergegeven door

In de bovengenoemde vergelijkingen (7) tot (9) representeert Voc dezelfde faseuitgangsspanning van de differentiaalkring 209 en representeert A de differentiaalversterking van de differentiaalkring 209.

In vergelijking met de bovengenoemde vergelijking (5) wanneer de differentiaalversterkingsfaktor van de differentiaalkring 209 groter dan nul en kleiner dan 2 is, is het verschil tussen de collector-basisspanning van de transistor 203 en de collector-basisspanning van de transistor 204 kleiner in de bufferkring 300 of 400 van de onderhavige uitvinding dan de conventionele bufferkring 200. In de bufferkringen 300 en 400, wordt dienovereenkomstig het verschil tussen de basisstorom van transistor 203 en de basisstroom van transistor 204 ook kleiner gemaakt.

In de houdperiode, is dus het verloop van de uitgangs-spanningen van de condensatoren 6 en 7 in de bemonsterings-houdkring 100 ongeveer hetzelfde. Derhalve beïnvloeden de bufferkringen 300 en 400 het uitgangspotentiaalverschil van de bemonsterings-houdkring 100 niet en maken stabiele uitgangen van de kring 100 mogelijk. Met name wanneer de differentiaalversterker A van de kring 209 nabij 1 is ligt, wordt het verschil tussen de collector-basis spanning van transistor 203 en de collector-basisspanning van transistor 204 ongeveer 0, hetgeen een merkbaar effekt oplevert. De uitgangen van de kringen 300 en 400 worden afgenomen van de emitter of de collector van de transistor 203 resp. de emitter van de collector van transistor 204.

Verschillende differentiaalkringen 209 met de funktie die weergegeven wordt door de bovengenoemde vergelijkingen (1) en (2) zijn bekend en te vinden in verschillende leerboeken, informatieboeken en artikelen van in deze techniek gespecialiseerde instituten. Bovengenoemde "Analysis and Design of Analog Integrated Circuits 2nd Edition" is hiervan een voorbeeld.

Fig.4 is een schakelschema van een voorbeeld van de konstruktie van de differentiaalkring 209 uit fig.2 en 3. Aangezien een dergelijke differentiaalkring 9 bekend is , wordt alleen de werking ervan kort beschreven

Wanneer spanningen op de positieve ingang 209 en de negatieve ingang 209 van de differentiaalkring 209 weergegeven worden door Vi+ en Vi , is het potentiaalverschil aan weerseinden van een weerstand rl (met de weerstandswaarde van R_„) ongeveer hetzelfde als (Vi+ - Vi~) en ΓιΓι _j_ _ vloeit een stroom (Vi - Vi ) /R„„ door de weerstand £i£i rl. De stroom die vloeit naar de belastingsweerstand r2 (met de weerstandswaarde van RT) die verbonden is met de collector van transistor Q1 is dus de uitgangsstroom I van de stroombronscakeling 209a die verbonden is met de emitter van transistor Q1 plus de stroom (Vi+ - Vi )/REE·

De stroom die naar de belastingsweerstand R3 vloeit (met de weertandswaarde van RT) die gekoppeld is met de collector van transistor Q2 is de uitgangsstroom I van de stroombron 209b die verbonden is met de emitter van de transistor Q2 min de stroom (Vi+ - Vi~)/REE·

De basisspanning Vb3 van transistor Q3 en de basisspanning Vb4 van transistor Q4 worden dus weergegeven door

waar de potentiaal op de voedingsspanningszijde van de belastingsweerstand r2 en r3 gelijk is aan Vcc.

Aangezien nagenoeg dezelfde emitterstroom door de transistoren Q3 en Q4 vloeit vanwege de stroombronnen 205 en 206 (zie fig.2 en 3), wordt de mate van spannings-verschuiving langs de basis-emitter van de transistoren Q3 en Q4 aan elkaar gelijk. Deze mate van verschuiving wordt weergegeven door νβΕ. De spanning Vo+ op de positieve uitgang 210 en despanning Vo” van de negatieve uitgang 211 van de differentiaalkring 209 wordt resp. weergegeven als

De bovengenoemde vergelijkingen (12) en (13) zijn dezelfde als de vergelijkingen (1) en (2) wanneer Voc =Vcc -I*RT-V_,_, waarbij A =2rL/REE· Indien de waarde REE ingesteld wordt op Ree = 2Rl, zal de differentiaalversterking A gelijk zijn aan 1.

In de uitvoering volgens fig.3, moeten, aangezien de ingangen 207 en 208 van de differentiaalkring 209 direkt gekoppeld zijn met de ingangen 201 en 202 van de bufferkring 400, de ingangsstromen naar de differentiaalkring 209 aan elkaar gelijk zijn.

Fig.5 toont een konstruktie waarin de bronvolg-gschakelingen 209c en 209d met gebruikmaking van MOS transistoren toegevoegd zijn aan de ingang van de kring uit fig.4. In de differentiaalschakeling volgens fig.5, zijn de ingangsstromen van de ingangen 208 en 209 beide 0 en derhalve is deze geschikt voor een dergelijke uitvoeringsvorm als aangegeven in fig.3.

Fig.6 toont een konstruktie van een bemonsterings-houdinrichting volgens een andere uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding. In plaats van de differentiaalkring 209 in de bovenbeschreven bufferschakelingen 300 en 400, bevat een bufferschakéling 500 een PNP bipolaire transistor Q5 en Q6 en de stroombronschakelingen 212 en 213. Transistor Q5 is met zijn emitter gekoppeld met de collector van transistor 203 en met de stroombron-schakeling 212 en is de basis ervan gekoppeld met de emitter van transistor 203. Transistor Q6 is met zijn emitter verbonden met de colelctor van transistor 204 en met de stroombronkring 213 en is met zijn basis gekoppeld met de emitter van transistor 204. De colelctoren van transistoren Q5 en Q6 zijn verbonden met een referentiespannings-bron (b.v. aarde). De uitgangsstroomwaarden van de stroombronschakelingen 212 en 213 zijn hetzelfde en zijn zodanig gekozen, dat zij groter zijn dan de uitgangsstroomwaarden van de stroombronschakelingen 205 en 206.

De werking van de bufferschakeling 500 uit fig.6 zal thans beschreven worden. Evenals bij de utivoeringen uit fig.2 en 3, vloeit dezelfde en een konstante stroom naar de emitters van de tarnsistoren 203 en 204 vanwege de stroombronschakeingen 205 en 206. De basis-emitter spanningen van de transistoren 203 en 204 zijn dus dezelfde en konstant. Aangezien dezelfde en konstante stroom vloeit naar de emtiters van tarnsistoren Q5,Q6 tengevolge van de stroombronschakeling 212 en 213, hebben de basis-emitter spanningen van de transistoren Q5 en Q6 dezelfde en konstante waarde. De collector-emitterspanningen van de transistoren 203 en 204 hebben dus. dezelfde en konstante waarde. Aangezien de basis-emitterspanningen van de tarnsistoren 203 en 204 dezelfde en konstante waarde hebben, hebben de collector-basisspanningenvan de transistoren 203,204 dezelfde en konstante waarde. De basisstromen van de transistoren 203 en 204 worden derhalve dezelfde en beïnvloeden dus niet het uitgangspotentiaalverschil van de bemonsterings-houdkring 100.

Alhoewel de bufferschakelingen 300, 400 en 500 uit fig.2,3 en 6 verbonden zijn met de bemonsterings-houdkring 100 volgens de onderhavige uitvinding, kunnen zij worden verbonden met een spanninggenererende schakeling 199 met een hoge uitgangsimpedantie zoals aangegeven is in fig.9 om hetzelfde effekt te krijgen.

Evenals zoals is beschreven in het voorgaande, zijn volgens de onderhavige uitvinding de respektievelijke uitgangseinden van de differentiaalkring verbonden met condensatoren via schakelmiddelen waarbij een stabiele bemonsterings-houdkring met een arbitraire versterkingsfaktor verkregen kan worden.

In de onderhavige uitvinding worden bovendien colelctorspanningen van twee emitter volgende transistoren in een bufferkring geregeld door spanningsge-stuurde middelen zodanig, dat collector-basisspanningen van de emitter volgende transistoren dezelfde worden en derhalve het verschil van ingangsstromen naar de bases van de emitter volgende transistoren beperkt kan worden.

Zelfs wanneer een spanning genererende kring die een uitgangsspanning levert welke onttrokken wordt aan de spanning in de condensatoren of een spanning genererende kring met een hoge uitgangsimpedantie gekoppeld is, kan dan een bufferkring die een uitgangsspanningsverschil van de spanning genererende schakelingen niet beïnvloedt verkregen worden.

Claims (12)

1. Differentiaaltype -bemonsteringshoudkring voor het bemonsteren en vasthouden van een spanningsverschil tussen twee analoge signalen aan de ingang ervan, omvattende: een eerste differentiaalkring (3) met eerste en tweede ingangen (301,302) en eerste en tweede uitgangen (303,304), waarbij een verschil tussen de uitgangsspanningen op de eerste en tweede uitgangen veranderd wordt overeenkomstig een verschil tussen ingangsspanningen op de eerste en tweede ingangsgangen, eerste en tweede schakelmiddelen (4,5) die AANgeschakeld worden in een bemonsteringsperiode en UITgeschakeld worden in een houdperiode, een eerste condensator (6) waarvan één elektrode gekoppeld is met de eerste uitgang van de eerste differentiaalkring via de eerste schakelende middelen en de andere elektrode verbonden is met een referentiespamingsbron en een tweede condensator waarvan één elektrode verbonden is met de tweede uitgang van de eerste differentiaalkring via de tweede schakelende middelen en de andere elektrode verbonden is met de referentiespanningsbron, waarin de eerste en tweede condensatoren een uitgangsspanning van de eerste differentiaalkring vasthouden, wanneer de eerste en tweedeschakelendemiddelen UITgeschakeld worden.

2. Bemonsterings-houdkring volgens conclusie 1, waarin een differentiaalversterking van de differentiaalkring (3) op een arbitraire warde gekozen wordt.

3. Bufferkring met twee series emittervolgende schakelingen voor het uitvoeren van twee analoge signalen met een spanningsverschil overeenkomstig het spanningsverschil tussen twee analoge signalen op de ingang daarvan omvattende een eerste bipolaire transistor (203) welke op de basis een eerste analoog signaal ontvangt, een tweede bipolaire transistor (204) welke op zijn basis een tweede analoog signaal ontvangt, een eerstekonstante stroombron (205) verbonden met de emitter van de eerstebipolaire transistor een tweedekonstante stroombron (206) verbonden met de emitter van de tweede bipolaire transistor en met ongeveer dezelfde stroomwaarde als de eerste konstante stroombron en collectorspanningsturende middelen (209,212,213,Q5,Q6) voor het regelen van de collectorspanningen van de eerste en tweede bipolaire transistoren, zodanig, dat de collector-basisspanning van de eerste bipolaire transistor konstant dezelfde is als de collectorbasisspanning van de tweede bipolaire transistor.

4. Bufferschakeling volgens conclusie 3, waarin de collectorspaning regelende middelen collectorspanningen regelt van de eerste en tweede bipolaire transistoren gebaseerd op de emitterspanningen van de eerste en tweede bipolaire transistoren.

5. Bufferschakeling volgens conclusie 4, waarin de collectorspanning regelende middelen een tweede differentiaalkring (209) bevat voor het veranderen van het verschil tussen de collectorspanning van de eerste bipolaire transistor en de collectorspaanning van de tweede bipolaire transistor overeenkomstig een verschil tussen de emitterspanning van de eerste bipolaire transistor en de emitterspanning van de tweede bipolaire transistor.

6. Bufferkring volgens conclusie 5, waarin de differentiaalversterking van de tweede differentiaalkring op ongeveer 1 gekozen wordt.

7. Bufferkring volgens conclusie 4, waarin de collectorspanning regelende middelen omvat een derde bipolaire transistor(Q5) waarvan de emitter'Verbonden is met de collector van de eerste bipolaire transistor, waarvan de basis verbonden is met de emitter van de eerste bipolaire transistor en de collector verbonden is met een referentiepotentiaalbron, een vierde bipolaire transistor (Q6) waarvan de emitter gekoppeld is met de collector van de tweede bipolaire transistor en waarvan de basis verbonden is met de emitter van de tweede bipolaire transistor en de collector verbonden is met de referentiespanningsbron; een derde konstante stroombron (212) die verbonden is met de collector van de eerste bipolaire transistor en de emitter van de derde bipolaire transistor, en een vierde konstante stroombron (213) die verbonden is' met de collector van de tweede bipolaire transistor en de emitter van de vierde bipolaire transistor en ongeveer dezelfde stroomwaarde heeft als de derde konstante stroombron.

8. Bufferschakeling volgens conclusie 7, waarin de eerste en tweede bipolaire transistoren NPN bipolaire transistoren omvatten en de derde en vierde bipolaire transistoren PNP bipolaire transistoren omvatten.

9. Bufferkring volgens conclusie 3, waarin de collectorspanningsturende middelen de collectorspanningen regelt van de eerste en tweede bipolaire transistoren gebaseerd op de basisspanningen van de eerste en tweede bipolaire transistoren.

10. Bufferschakeling volgens conclusie 9, waarin de collectorspanning besturende middelen een derde differentiaalkring (209) bevat voor het veranderen van een verschil tussen de collectorspanning van de eerste bipolaire transistor en de collectorspanning van de tweede bipolaire transistor korresponderend met een verschil tussen de basisspanning van de eerste bipolaire transistor en de basisspanning van de tweede bipolaire transistor.

11. Bufferschakeling volgens conclusie 10, waarin de differentiaalversterking van de derde differentiaalkring op ongeveer 1 gekozen wordt.

12. Bemonsterings-houdinrichting omvattende een differentiaaltype-bemonsteringshoud- kring (100) voor het bemonsteren en vasthouden van een verschil tussen spanningen van twee analoge signalen op de ingang daarvan en een bufferkring (300,400,500) met twee series emittervolgende schakelingen, welke twee analoge signalen die bemonsterd en vastgehouden worden door de bemonsterings-houd -kring ontvangen en een spanningsverschil hebben overenkomstig een spanningsverschil tussen deze beide analoge signalen, waarin de bemonsterings-houdkring bevat een eerste differentiaalkring (3) met eerste en tweede ingangen (301,302) en eerste en tweede uitgangen (303,304), een verschil tussen uitgangspanningen op de eerste en tweede uitgangen dat veranderd wordt overeenkomstig een verschil tussen ingangsspanningen op de eerste en de tweede ingangen, eerste en tweede schakelende middelen (4,5) die AANgeschakeld worden in een bemonsteringsperiode en AFschakeld worden in een houdperiode, een eerste condensator (6) waarvan één elektrode gekoppeld is met de eerste uitgang van de eerste differentiaalkring door de eerste schakelende middelen en de andere elektrode verbonden is met een referentiespanningsbron en een tweede condensator (7) waarvan één elektrode verbonden is met de tweede uitgang van de eerste differentiaalkring via de tweede schakelende middelen en de andere elektrode verbonden is met de referentiespanningsbron, waarbij de eerste en tweede condensatoren een uitgangsspanning vanuit de eerste differentiaalkring vasthouden wanneer de eerste en tweede schakelende middelen afgeschakeld worden en de bufferschakeling bevat een eerste bipolaire transistor (203) waarvan de basis verbonden is met één elektrode van de eerste condensator, een tweede bipolaire transistor 8204) waarvan de basis verbonden is met één elektrode van de tweede condensator, een eerste konstante stroombron (205) die verbonden is met de emitter van de eerste bipolaire transistor, een tweede konstante stroombron (206) die verbonden is met de collector van de tweede bipolaire transistor en welke ongeveer dezelfde stroomwaarde heeft als de eerste konstante stroombron en •collectorspanning regelende middelen (209,212,213, Q5,Q6) voor het besturen van de collectorspanningen van de eerste en tweede bipolaire transistoren zodanig, dt de collector-basisspanning van de eerste bipolaire transistor konstant hetzelfde is als de collector-basis spanning van de tweede bipolaire transistor.