DE2149730C3 - Kompensationsschaltung für eine monolithisch integrierte Multipliziererschaltung - Google Patents

Description

weiten Eingangs-Differentialverstürker ebenfalls in ;inen Strom umgesetzt, wobei dieser Sirom durch in jie Stromversorgung an die Kollektoren angeschlossene, als Dioden geschaltete Transistoren in "eine Exponentialspannung umgesetzt wird. Diese Exponentialspannung wird anschließend an die Basis der kreuzweise gekoppelten Transistoren angelegt, wobei sich infolge der erwähnten exponentiell^ Beziehunu der entstehende Kollektorstrom proportional zum Produkt der beiden Spannungen verhalt. Es wurde festgesitllt. daß das Ausgangssignal der Multipliziererschaltung von der Beta-Stromverstärkung (,;) dei Transistoren in Emitterschaltung abhängt. Da sich die Beta-Stromverstärkung in Abhängigkeit von Temperatureinflüssen ändern kann, kann" dadurch das Ausgangssignal stark fehlerhaft werden, wenn die Muhipliziererschaltung bei wechselnden Umgebungstemperaturen arbeitet.

Da die Kollektoren der kreuzveise gekoppelten Au>gangstransistoren der Multipüziererschakung ee- 2c genüber dem Massepotential auf verhältnismäßig hohem Potential liegen, ist es erforderlich, eine Art Niwauverschiebung durch eine Koppelschaltuna vorzunehmen, wenn die Multipluiererschuhun» massebe/ogen arbeiten soll. "

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kompensationsschaltung für eine monolithisch integii.iie Multipliziererschaitung zu schaffen, mit der dit. temperaturabhängige Änderung der Beta-Strom- \c;siarkung der Transistoren der Multipliziererschaltung kompensierbar ist. Dabei soll durch eine Ki pplungsschaltung dafür Sorge getragen werden. daß die Ausgangssignale der Multipliziererschaitung vom Stromversorgungsteil nicht beeinflußt werden.

Diese Aufgabe wird erfindun«·^ ?Γ"?β dadurch ge-KV. daß die Kompensationsschaltung über eine Leitung mit dem Stromversorgungsteil ' erbunden ist, daß die Steuerspannung an zumindest einem weiteren. in Basisschaltung betriebenen Transistor in der Kompensationsschaltung abgreifbar ist, wobei der zumin- +0 dest eine weitere Transistor mit einer Temperaturkompensation versehen und mittels einer ebenfalls temperaturkompensierten Zenerdiode in an sich bekannter Weise spannungsstabilisiert ist, und daß die Sieuerspannung in Abhängigkeit von Änderungen der Alpha-Stromverstärkung des zumindest weiteren Transistors sich ändert und der durch die Steuerspannung bestimmte Strom des Stromversorgungsteils entgegen den durch die Beta-Stromverstärkung der Verarbeitungsstufe verursachten temperaturabhängigen Änderungen sich ändert, was den Einfluß von Änderungen der Beta-Stromverstärkung auf das Ausgangssignal der Verarbeitungsstufe unterdrückt.

Eine nach den Merkmalen der Erfindung aufgebaute Kompensationsschaltung bietet den Vorteil, daß der über den Stromversorgungsteii der Multipliziererschaltung zugeführte Strom zur Kompensation einer Änderung der Beta-Stromverstärkung der Transistoren der Multipliziererschaitung in Abhängigkeit von der Temperatur durch eine Steuerspannung einstellbar ist. die in Abhängigkeit von der Änderung der Alpha-Stromverstärkung des oder der Kompensationstransistoren in der Kompensationsschaltung derart zur Steuerung des Stromversorgungsteils beiträgt, daß der vom Stromversorgungsteil abgegebene Strom temperaturabhängig gegenläufig zur Beta-Stromverstärkung der Verarbeitungsstufe verläuft.

Da die Änderung der Beta-Stromverstärkung der Transistoren der Multiplir.iererschaliung möglicherweise durch die entsprechende temperaturabhängige Änderung der Alpha-Strormerstärkung eines einzigen Kompensationstransistors nicht voll auszugleichen Ni. sieht nach einer weiteren Ausgestaltung dei Erfindung vor, daß die Kompensationsschaltung in Serie zu dem weiteren Transistor einen zweiten und vorzugsweise einen dritten Kompensaiionsiram,isU>r in Basisschaltung aufweist, die in Serie über einen .Stromsteuerungstransistor an die Versorgungsspunp.ung angeschlossen sind, und daß die Steuerspannung am Verbindungspunkt des Stromversorgungstransistors mit dem Kompensationstransistor abgrei!'-bar ist.

Zur Arbeitspunktstabilisierung des Kompen-.ationstransistors ist nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß zur Spannungsstabilisierung der Fußpunktspannung an der Basis des weiteren Transistors und zur Temperaturkompensation so wohl der Zenerdiode als auch des weiteren Transistors ein weiterer Stromsteuerungstransistor mit Dioden und der Zenerdiode in Serie geschaltet ist. wobei die Tuüpunktspannung für den weiteren Transistor zwischen zwei der Dioden abgegriffen ist

Da der Stromversorgungsteil und die den Strom in diesem steuernde Kompensationsschaltung auf das von der Multipliziererschaitung abgegebene Ausgangssignal nachteilig einwirken können, ist nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß Stromsteuerungstransistoren des Stromversorgungsteils über jeweils ein Transistorpaar mit dem Ausgang der Muhipliziererschaltung verbunden sind, daß jedes Transistorpaar jeweils aus einem NPN-sowie einem PNP-Lateraltransistor besteht und an der Basis des jeweiligen NPN-Lateraltransistors mit einer Gleichstromvorspannung beaufschlagt ist. daß der Kollektur des NPN-Lateraltransistors mit dem Emitter des PNP-Lateraltransistors verbunden und an die zugeordneten Stromsteuerungstransistoren angeschlossen ist. daß jeweils der Emitter des NPN-Lateraltransistors über ein zwischen der Basis des NPN-Lateraltransistors und der Basis des PNP-Lateraltransistors angeordnetes Dämpfungsfilter mit dem zugehörigen Ausgang der Multipliziererschaitung verbunden ist, und daß an den Kollektoren der PNP-Lateraltransistoren das differentielle Ausgangssignal der Multipliziererschaitung abgreifbar ist.

Diese Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels hervor, das an Hand einer einzigen Figur in der Zeichnung beschrieben ist.

Die Zeichnung bietet ein Schemadiagramm für den Aufbau der Schaltung als monolithische, integrierte Schaltung, die entweder als unabhängige, integrierte Schaltung oder als Teil einer größeren Anordnung zum Aufbau mit anderen Schaltungen für weitere Funktionen verwendet werden kann. Obgleich sämtliche in der Zeichnung dargestellten Bauelemente als Teil der gleichen monolithischen, integrierten Schaltung aufzufassen sind, wurden diese Bauelemente durch gestrichelte Linien in die einzelnen Funktionseinheiten unterteilt, die der jeweiligen Betriebsform entsprechen, nach der die einzelnen Teile der Schaltung arbeiten.

Bei diesen einzelnen Funktionseinheiten der Schaltung handelt es sich kurz gesagt um einen BasismuhipliziererlO, der zwei Eingangssignale miteinander multipliziert, um hieraus ein einziges Ausgangspro-

taktsignal zu bilden. Dieses Signal wird vom Multiplizierer 10 einer Kopplungsschaltung 20 zugeführt, die einen Bezug des Ausgangssignals des Mullipli-/.ierers mit dem Erdpotential herstellt. Das von der KcippluiiL'sschaltung 20 abgegebene, abgeglichene Sigiui' wird nunmehr einem Dilferential-Eintakt-Umselzer30 zugeführt, der Eintakt-Ausgangssignalc der Schaltung liefert, die durch externe, nicht dargestellte Bauelemente weiterverarbeitet werden können.

Um gegenüber der ungeregelten Spannung, die für den Betrieb der Schaltung zur Verfugung steht, ein ,labilisiertes Betriebspotential liefern zu können, ist ein Spannungskonstanthalter 40 vorgesehen, der ein geregeltes Belriebspotential für die einzelnen in der Schaltung dargestellten Bauelemente liefert. Der Ausging des durch den Block 10 dargestellten Multiplizicrers ist Änderungen unterworfen, zu denen noch solche des Beta-Wertes der eingesetzten Transistoren zu rechnen sind, so daß darüber hinaus eine Alpha-Kompensierungseinheit 50 vorgesehen wurde, um Änderungen in der Stromversorgung des Multiplipli/iercrblocks 10 zu bewirken, die auf die Alpha-Änderungen der integrierten Schaltungs-Transistoren und die Temperatur abgestimmt sind, wobei deren Wert in der Form bemessen ist, daß Ausgaiigsänderuiigcn bedampft b/w. ausgeglichen werden können, die durch Änderungen des Beta-Wertes der Multiplizierer-Transistoren zusammen mit der Temperatur entstanden sind.

Bei dem Multiplizierer 10 handelt es sich um eine herkömmliche monolithische Vierquadrant-Multipliziererschaltung. Diese Multipliziererschaltung umfaßt ein Paar Eingangs-DifTerentialverMarkerschaltungen i I und 12. die jeweils zwei Paare von in Kaskade geschalteten und als Emitterfolger gekoppelte Transistoren enthalten. Die Emitter der innersten bzw. Ausgangstransistoren der DifTerentialverstärker 11 und 12 sind mit den entgegengesetzten Enden der Emitter-Gegenkopplungswiderstände 14 und 15 jeweils zur Begrenzung der Auswirkungen der nichtlinearen Basis-Emitter-Spannungsänderung beim Betrieb der Eingangsverstärker verbunden. Die Emitter der Ausgangstransistoren der Differential-Verstärker 11 und 12 sind ebenfalls jeweils getrennt mit dem Kollektor eines anderen NPN-Stromsteuerungstransistors 16, 17, 18 und 19 verbunden: die Emitter dieser Transistoren sind über Emitterwiderstände mit einer negativen Potentialleitung 21 verbunden, wobei die Basen dieser Transistoren jeweils über eine Leitung 22 von der Regelschaltung 40 aus mit einer Vorspannungs- bzw. Betriebspotentialquelle verbunden sind.

Die für die DifTerentialverstärker 11 bestimmten Eingangssignale werden über ein Paar von Eingangsanschlüssen 24 mit den Basen der Eingangstransistoren des Verstärkers gekoppelt, wobei diese Eingangssignale die Bezeichnung V_r tragen. In der gleichen Weise werden Eingangssignale für den Differential-Verstärker 12 mit den Basen der Eingangstransistoren des Verstärkers an einem Paar von Eingangsanschlüssen gekoppelt, wobei diese Eingangssignale die Bezeichnung V_x aufweisen.

Um eine Multiplikation der auf die Differentialvcr^tärkcr 11 und 12 übertragenen Eingangssignale sicherzustellen, ist ein weiteres Paar von Differential-Verstärkern mit den NPN-Transistorcn 26, 27 und IS. 29 vorgesehen, wobei die Emitter der Tranvisloren 26 und 27 /uvnmmcn und mit dem Kollektor eines der Ausgangstransistoren des Differential-Verstärkers 12 gekoppelt sind. Der Kollektor des anderen Ausgangstransistors des Differential-Verstärkers 12 ist an die miteinander verbundenen Emitter der Transistoren 28 und 29 angeschlossen, die den zweiten Multiplizierer-Differentialvcrstärkei· bilden. Somit wird die Eingangsspannung V_x, die auf den Eingangsanschluß 25 übertragen wird, durch den Differential verstärker 12 in einen Strom umgesetzt und

ίο auf die Emitter der Transistoren 26, 27 und 28 sowie 29 übertragen.

Πι·' andere auf die Eingangsanschlüsse 24 übertragene Eingangsspannung K₁. wird durch den DiITerentialverstärker 11 ebenfalls in einen Strom umgesetzt. Die Kollektoren der Ausgangstransistoren dieses Differentialverstärkers werden jedoch über ein Pam von Tranvistordioden 32 und 33 mit NPN-Transistoren mit Strom versorgt, wobei die Kollektiv-Basis-Verbindungen kurzgeschlossen sind, um zu bewirken, daß der Ausgangsstrom des Verstärkers 11 in eine Exponentialspannung umgesetzt wird. Diese Spannung wird nunmehr mit den Basen der Transistoren 26, 27, 28 und 29 verbunden, wobei der Kollektor eines der Ausgangstransistoren des DiITcrentialverstärkers 11 mit den Basen der Transistoren

27 und 28 verbunden ist; der Kollektor de- ndcrcn Ausgangstransistors des Differentialverstärk'. ■ 11 ist hierbei an die Basen der Transistoren 26 uiui 29 angeschlossen.

Die Ausgänge von Multiplizicrer-Diffcr ^!verstärker 26, 27 und 28, 29 ergeben sich durch :··.-einkopplung der Kollektoren der Transistoren 26 und

28 wodurch einer der Ausgänge entsteht, durch Kreii?kopplung der Kollektoren der Transistoren 27 und 29 entsteht der andere der Ausgänge. Witd jeder Ausgang über einen Belastungswiderstand W mit einer positiven Spannungsquelle verbunden, m· kann eine Differentialausgangsspannung V₀ zwiseru w üiesen Ausgängen erzeug', werden. Die über diese beiden Ausgänge erzeugte Ausgangsspannung K, kann mathematisch hergeleitet und durch folgende Gleichung

>■„-

2Rl β

Ru Rn Λ β + 3

V₁ ■ V₁₁

ausgedrückt werden, in der R_L den Belastungswiderstand bezeichnet, während A₁₄ und. A₁₅ jeweils den

Emitterwiderständen entsprechen, I₁ den Strom darstellt, der durch irgendeinen der diodengekoppelten Transistoren 32 bzw. 33 fließt und β die Stromverstärkung der vier in Kreuzkopplung angeordneten Transistoren 26, 27, 28 und 29 ausdrückt. Im Regelfall liegt der Wert von β bei etwa 100.

Da der Faktor β temperaturbedingten Änderungen unterworfen ist. kann ein größerer Fehler in irgendeiner Multiplikation auftreten und hierdurch eine Ausgangsspannung V₀ entstehen, die auf das Pro-

duktßi/i-3) zurückzuführen ist. Demzufolge ist es wünschenswert, daß der Strom Z₁ in ein Verhältnis zu /■>'-(ß— 3) eintritt, wonach dieser temperaturabhängige Ausdruck aus der Gleichung herausgenommen werden kann.

Um eine derartige Veränderung des Stromwertes /, zu erreichen und um darüber hinaus zu bewirken, daß eier Betrieb der Schaltung unabhängig von Änderungen der Ver^orcungsspannung abläuft? wurden der

-? η t; π

_L-_r. ι; Spannungskonstanthalter 40 und die Alpha-Kompen- Verbindungsleitungen 37 und dem Erdpotential ein-

Je- '-■ sierungsschaltung 50 vorgesehen. Der Spannungskon- geschleift. Da in diesem Serien-Spannungsteiler keine

_crs stanthalter40 liefert geregelte Spannungen oberhalb Stromquelle enthalten ist, fließt der Strom zuerst

J₀, und unterhalb des Erdpoientials und ist zwischen durch die Widerstände 55, 56 und 57 sowie durch die

_cn ■■ einer Verbindungsleitung 21, die mit einer (nicht dar- 5 Zenerdiode 58, um ein bestimmtes Potential über die

„ gestellten) negativen Potentialquelle verbunden ist Zenerdiode 58 fließen zu lassen. Dieses Potential wird

_cn ; und einer Verbindungsleitung 37, die mit einer (nicht auf die Anode einer Diode 61 übertragen, wobei die

jf. dargestellten) positiven Potentialquelle verbunden ist. Kathode dieser Diode mit dem Verbindungspunkt

ml ; angeschlossen, wobei ein Zwischenpunkt zwischen des Kollektors des Transistors 38 und der Diode 39

ο. ij den Verbindungsleitungen 21 und 37 an Erdpotential io verbunden ist.

angeschlossen ist. Bei dem zuerst nichtleitenden Transistor 38 be-

.,. j Grundsätzlich wird die geregelte Spannung für den wirkt uie Diode 61 einen Stromfluß durch die Diode

,_... Si positiven Teil der Schaltung zwischen der Verbin- 61 und die Dioden 39 bis 42 und die Zenerdiode 45.

_L._ dungsleitung37 und dem Erdpotential durch einen wodurch ein bestimmter Spannungsabfall über diesen

_;n Teiler geliefert, der einen Lateral-pnp-Stromsteuc- 15 Teil der Schaltung eintritt. Dieser Spannungsabfall

j_n j rungsiransistor38 enthält, dessen Emitter über einen wirkt auf die Basis eines NPN-Stromsteuerungstran-

-,. [ geeigneten Emitterwiderstand an die Verbindungslei- sistors 63, der leitend wird und einen Strom durch

!_ ' tung 37 angeschlossen ist und dessen Kollektor in einen Widerstand 64 leitet, der zwischen dem Emitter

Serie mit vier Dioden 39, 40, 41, 42 (wobei es sich des Transistors 63 und dem Lrdpotentials ange-

um Transistordioden von der Art der Dioden 32 und 20 schlossen ist.

_c 33 handeln kann) und einer Zenerdiode 45 mit Erd- Der Stromfl· 3 durch die hmitterwiderstände 64 , potential verbunden ist. Durch den vom Stromsteue- hängt vom Wert des Widerstands 64 und der Span_r ; rungstransistor 38 gelieferten und durch die Dioden- nung ab, die über zwei in Vorwärtsrichtung betriegruppe 39 bis 42 und 45 fließenden Strom bewirkt die bene Diodenverbindungen 41 und 42 und die Zener-, hohe dynamische Impedanz des Transistors 3ß ein 25 diode 45 auftritt, wobei es sich um die Spannung : Unterdrücken jeglicher Veränderungen der dyna- handelt, die am Emittei des Transistors 63 anliegt. • mischen Impedanz der Zenerdiode45. Somit erscheint Dieser Strom fließt ebenfalls durch die Kollektoreine hochstabilisierte Spannung über den Dioden 39 schaltung des Transistors 63, wobei der Kollektorbis 45. und zwar selbst dann, wenn das auf die Ver- strom auf den Emitterstrom des Transistors 63 über bindungslei.ung37 angelegte Potential innerhalb eines 30 den Faktor Alpha bezogen ist: I₁--- >/,, wobei /, weiten Bereiches schwankt. Darüber hinaus besitzen den Emitterstrom und /,. den Kollektorstrom des die Dioden 39 bis 42 einen dem der Zenerdiode 45 Transistors ausdrückt. Der über die Kollektorenigegengerichteten Temperaturkoeffizienten, wobei Emitter-Strecke des Transistors 63 fließende Strom ^; zwei dieser Dioden die Zenerdiode 45 kompensieren. fließt darüber hinaus durch die in Serie verbundenen ^; In gleicher Weise ergibt sich eine geregelte bzw. 35 Kolleklor-rmitter-Strecken eines Paares von NPN-stabilisierte Spannung für den negativen Teil der Transistoren 66 und 67, wobei deren Basen mit den Schaltung dadurch, daß eine Gruppe der Dioden 48. Verbindungspunkten der Widerstände 56 und 57 so-49 und 51 und eine Zenerdiode 53 zwischen dem wie 55 und 56 verbunden sind; auf diese Weise Erdpotential und einem NPN Stromsteuerungsiran- werden die Transistoren 66 und 67 bis zur Leitung in sistor54 angeschlossen ist. dessen Emitter über einen 4» Vorwärtsrichtung betrieben. Der Kollektor des Trangeeigneten Emitterwiderstand mit der negativen Ver- sistors 66 ist mit dem Kollektor eines lateralen PNP-sorguncsleitung 21 verbunden ist. Das über die Di- Stromsteuerungstransistors 69 verbunden, wobei öden 48 bis 51 und die Zenerdiode 53 entstehende dessen Emitter über einen Widerstand 70 mit der Potential stellt ebenfalls ein hochstabiles Bezugs- Verbindungsieitung38 verbunden ist. Die Temperapotential über einen weiten Änderungsbereich des auf 45 turkompensierung für die Basis-Emitter-Vcrbindung die Verbindungsleitung 21 übertragenen Potentials des Transistors 63 wird durch eine der Dioden 40 bis dar. wobei zwei der Dioden 48 bis 51 darüber hinaus 42, z. B. der Diode 40, übernommen,
eine Temperaturkompensierung für die Zenerdiode Um sicherzustellen, daß ein Strom durch den 53 vornehmen. Stromsteuerungstransistor 69 und den Widerstand 70 Die Zenerdioden 45 und 53 erhalten ihren Be- 50 zu den in Serie verbundenen NPN-Transistoren 66. triebsstrom über Spannungsqueller, in Form von 67 und 63 fließt, ist die Verbindung zwischen den Transistoren 38 und 54, die ihrerseits auf die Span- Kollektoren der Transistoren 69 und 66 mit der Basis nung bezogen sind, die über die Zenerdiode 415 ent- eines auf Substratbasis aufgebauten PNP-Transistors steht. Unter diesen Betriebsbedingungen ist en mög- 72 verbunden, dessen Kollektor mit dem Substrat verlieh, daß bei einem erstmaligen Anlegen von Betriebs- 55 bunden ist, das seinerseits mit einer negativen Bcpotential an die Verbindungsleitungen 37 und 21 die triebsspannungsquclle verbunden ist. Der Emitter des Schaltung infolge eines Ausfalls der Stromsteuerungs- PNP-Substrat-Transistors72 ist mit der Basis des transistoren 38 bzw. 54 nicht anläuft bzw. nicht lateralen PNP-Stromsteucrungstransistors 69 vcrbunarbeitet, wodurch die Stromleitung über die jewei- den und arbeitet als Teil eines Rückkopplungspaares ligen Teilerschaltungen einschließlich der Zener- 60 mit dem Transistor 69. Innerhalb dieses Schaltungsdioden 45 und 53 betroffen ist. In einem solchen aufbaus arbeitet der PNP-Substrat-Transistor 72 als Falle kann die Schaltung nicht arbeiten. eine Parallel rückkopplung für den lateralen PNP-Um sicherzustellen, daß die Schaltung ihre Funk- Transistor 69, wodurch ein Potential an der Basis des tion bzw. ihren Betrieb wieder aufnimmt, nachdem Transistors 69 entsteht, durch das eine Stromleitung ein Betriebspotential auf die Verbindungsleitungen 65 hervorgerufen wird.

37 und 21 angelegt wurde, ist ein zusätzlicher Span- Dadurch, daß der Gesamtstrom, der in der Serien-

nungsteiler in Form dreier Widerstände 55. 56 und schaltung aus Widerstand 70 und den Transistorer

57 in Serie mit einer Zenerdiode 58 zwischen den 69. 66, 67 und 63 fließt, durch das geregelte Bezugs-

4 *■·" \ -> η C η

potential über die Dioden 40 bis 42 und die Zener- oder k a^:1 /,.·, wobei k eine Konstante ist. Damit ergibt

diode 45 entsteht, durchfließt ein konstanter Strom sich für die Spannung K₀

diese Schaltung, wobei der über den PNP-Strom-

steuerungstransistor 69 fließende Strom sich ebenfalls .„ .

konstant verhält. Der Emitter des PNP-Substrat- 5 F₀= ..--._'- " Y₁V,,

Transistors 72 ist ebenfalls mit den Basen von sechs R\\ Rn^ \³ If. β -f 3

weiteren lateralen PNP-Stromsteuerungstransistoren

verbunden, und zwar einschließlich des Stromsteue- _% 2Rl ,, y

rungstransistors 38, der den Strom für die Zener- ^ R R k Ig * "'

diode 45 liefert. io

Dadurch, daß der Stromsteuerungstransistor 38 bis da
zur Leitfähigkeit durch das bestimmte Potential des

Emitters des PNP-Substrat-Transistors 72 in Vor- _λ3 ^ P^

wärtsrichtung betrieben wird, beginnt ein Strom β ·+- 3

durch den Widerstand, die Dioden 39 bis 42 und die 15

Zenerdiode 45 von dem Stromsteuerungstransistor 38 ist.

aus zu fließen. Hierdurch wird die Regel-Zenerdiode An dieser Stelle wäre darauf hinzuweisen, daß eine 45 leitend und behält ihre Leitfähigkeit bei, so daß große Anzahl von PNP-Lateral-Stromsteuerungstrandie Potentiahverte an beiden Enden der Nebenschluß- sistoren (insgesamt 7) mit dem Ausgang der Schaldiode 61 im wesentlichen übereinstimmen. Die Di- ao tung50 verbunden ist. Da PNP-Lateraltransistoren ode 61 wird demnach unwirksam, und die Schaltung Basisstarkstrom ziehen, kann demzufolge eine Überarbeitet, als Gb diese nicht vorhanden wäre. lastung des positiven Teils der Reglerschaltung 40

Um sicherzustellen, daß der Strom durch die und 50 auftreten. Um diese Erscheinungen auszu-

Zenerdiode 53 im negativen Teil der Schaltung fließt, gleichen, handelt es sich bei dem PNP-Rückkopp-

ist die Basis eines lateralen PNP-Strcmsteuerungs- 15 lungstransistor 72 um einen Substrattransistor der

transistors 73 mit dem Emitter des PNP-Substrat- vorher beschriebenen Art. Dadurch, daß der Emitter

Transistors 72 verbunden, wobei eine Leitfähigkeit des PNP-Substrat-Transistors 72 mit der Basisleitung

über die Transistoren 38 und 69 sichergestellt wird. 77 der PNP-Lateraltransistoren verbunden ist, kön-

Durch das Leiten des Transistors 73 entsteht ein be- neu die Basisströme der PNP-Lateral-Transistoren

stimmtes Potential an der Basis eines NPN-Tran- 30 durch den Strom verringert werden, der in den

sisiors 74. der in einer Nebenschlußtückkopplung mit Emitter des PNP-Substrat-Transistors 72 mit einer

einem NPK Stromsteuerungstransistor 75 verbunden Stärke fließt, die vom Beta-Wert des PNP-Subsrat-

ist. wobei der Γ nitter dieses Transistors mit der nega- Transistors abhängt. Ein typischer Beta-Wert für

tiven Vcruindungsieitung 21 und der Kollektor dieses einen solchen PNP-Substrat-Transistor liegt bei etwa

Transistors mit dem Kollektor des PNP-Lateraltran- 35 40 bzw. 50, so daß die Möglichkeit einer Überlastung

sistors 73 verbunden ist. Die Transistoren 74 und 75 der Reglerschaltung 40 und 50 stark eingeschränkt

arbeiten praktisch in der gleichen Form wie der Tran- wird.

sistor 72 in Verbindung mit den Transistoren 38, 69 Um einen möglichst fehlerfreien Betrieb der Schal- und 73. um eine Leitfähigkeit des Stromsteuerungs- tung zu erzielen, ist es wünschenswert, eine Stromvertransistors 75 zu bewirken. 40 Stärkung von etwa einer Einheit ir den Schaltungen

In der gleichen Weise schaltet der Transistor 74 zu erzielen, die die Ströme an den Multiplizierer 10

den Stromsteuerungstransistor 54 ein, wodurch ein liefern. Werden innerhalb der Schaltung keine PNP-

Strom durch diesen und durch die Diodengruppe ein- Substrattransistoren von der Art des Transistors 72

schließlich der Dioden 48, 49 und 51 sowie der verwendet, so entstehen Fehlerströme durch die

Zenerdiode 53 fließt. Zur gleichen Zeit entsteht ein 45 Basisströme sämtlicher PNP-Lateraltransistoren. die

Potential auf der Leitung 22 und bewirkt einen Be- mit der Leitung 77 verbunden sind. Bei Verwendung

trieb der Stromsteuerungstransistoren 16, 17. 18 und des Substrat-Transistors 72 zur Steuerung der Funk-

19 im Multipliziererteil der Schaltung. tion der PNP-Lateraltransistoren wird die Stromvsr-

Der Emitter des Transistors 72 ist ebenfalls über Stärkung der Schaltung auf annähernd einer Einheit

eine Leitung 77 mit vier PNP-Lateraltransistoren 79, 50 gehalten, und zwar bei einer Genauigkeit von etwa

Sl. 82 und 83 in der Kopplungsschaltung 20 gekop- V₁₀ ⁰ 0. Dies ist auf den Umstand zurückzuführen, daß

pelt, um zu bewirken, daß diese Transistoren jeweils es sich bei dem einzigen in die Schaltung eingeführten

einen bestimmten Strom ziehen, der von den Werten Fehlerstrom um den Basisstrom des PNP^Substrat-

der Emitterwiderstände abhäng;, die zwischen die Transistors 72 handelt. Dieser Basisstrom liegt je-

Emitter der Transistoren 79, 71. 82 und 83 sowie die 55 doch um Beta-Teile unter dem Emitterstrom des

Yerbindungsleitung 37 geschaltet sind. Zur gleichen PNP-Substrattransistors 72. Wird ohne Verwendung

Zeit wird das auf der Leitung 77 liegende Potential. des Transistors 72 der PNP-Lateralstrom von einem

auf die Basis eines NPN-Emitterfolger-Regeltran- normalen, diodenvorgespannten Spannunesteiler aus

sistors 85 übertragen. Der Emitter des Transistors 85 gesteuert, so Hegt die Einheitsgenauigkeit der Strom-

licfert ein bestimmtes Betriebspotential an die Basis 60 verstärkung der Schaltung nur bei annähernd 3 bis

eines zweiten NPN-Emitterfolger-Transistors 87. 4° 0.

dessen Kollektor mit der Verbindungsleitung verbun- In der Kopplungsschaltung 20 wird der Strom der

den ist. wobei dessen Emitter einen Betriebsstrom an Transistoren 79 und 81 zusammengefaßt, um einen

die Transistordioden 32 und 33 liefert. Dieser Be- Gesamtstrom 2/, auf einer Leitung 91 abzucebcn. In

triehsstrom /, ist eine Funktion des Stromes V I_f, auf 65 der gleichen Weise wird der Strom von den beiden

Grund der Emitterfolgerwirkung der Transistoren 85 PNP-Lateraltransistoren 82 und 83 zusammengefaßt,

und 87, die mit dem Emitter des Transistors 72 ge- um einen Gesamtstrom 21* auf einer Leitung 92 zu

koppelt sind. Damit ist der Betriebsstrom /, = V» /,. führen, wobei die Leitungen 91 und 92 jeweils mit

den entgegengesetzten Hälften der Koppelschaltung als Stromversorgungselemente der Schaltung verbunden sind.

Die Hälfte der Koppelschaltung, die mit Strom über die Leitung 91 versorgt wird, besteht aus einem PNP-Lateral-Transistor 94 und einem NPN-Transistor 95, wobei der Kollektor des Transistors 95 und der Emitter des Transistors 94 mit der Leitung 91 verbunden sind, um auf diesem Wege Strom zu empfangen. Die Schaltung wird dadurch vervollständigt, daß der Emitter des Transistors 95 mit der Basis des Transistors 94 über einen Widerstand 96 verbunden wird, wobei die für den Betrieb der Transistoren erforderliche Gleichstrom-Vorspannung vom Emitter des NPN-Transistors 85 geliefert wird, der direkt mit der Basis des Transistors 95 und über einen Kondensator 97 mit der Basis des Transistors 94 verbunden ist.

Die Kombination aus PNP-Lateral-Transistor und NPN-Transistor95 arbeitet als positive Rückkopplungsverbindung, wobei der Basisstrom des PNP-Transistors auf den Emitter des NPN-Transistors übertragen wird, der seinerseits als Basisverstärker mit einer Verstärkung von etwa einer Einheit arbeitet. Demzufolge liefert der NPN-Transistor 95 den PNP-Basisstrom zurück auf den Emitter des PNP-Lateral-Tranisstors; somit verhält sich diese Kombination in der Weise, als ob über den PNP-Transistor 94 kein Verlust an Basisstrom auftritt. Dieser Umstand ist darauf zurückzuführen, daß der Alpha-Wert des NPN-Transistors 95 bei annähernd 1 (typischer Wert 0.99) liegt.

Der Emitter des NPN-Transistors 95 ist ebenfalls mit den kreuzweise gekoppelten Kollektoren der Vervielfacher-Transistoren 26 und 28 verbunden; dadurch, daß die NPN-Transistoren 18 und 19 mit dem Differentialverstärker 12, verbunden sind, fordert der Differenlialverstärker 12 einen Strom/., über die kreuzweise gekoppelten Kollektoren der Transistoren 26 und 28. "

Die andere Hälfte der Koppelschahung arbeitet in der gleichen Weise wie der soeben beschriebene Teil und wurde mit den gleichen Bezugsziffern versehen, die allerdings durch einen Strich gekennzeichnet sind. Der Emitter des NPN-Transistors 95' wird somit mit den kreuzweise gekoppelten Kollektoren der Transistoren 27 und 29 verbunden, die infolge des Betriebes der Stromsteuerungstransistoren 18 und 19 einen Strom /., ziehen.

Somit handelt es sich bei dem durch die Transistoren 95 und 95' fließenden Strom um den Strom /₂, d, h.. daß ein gleicher Strom /_; aus den Kollektoren der Transistoren 94 und 94' zur Differential-Eintakt-Umsetzerschaltung 30 fließen muß. Diese Funktion der Schaltung bewirkt, daß sich der Ausgang der Multipliziererstufe 10 ebenfalls auf das Erdpotential bezieht, und zwar dadurch hervorgerufen, daß durch den Betrieb der PNP- und NPN-Spannungsquellen ein Strom zur Koppelschahung 20 übertragen und ein solcher von dieser bezogen wird.

Aus einer Prüfung der Verbindungen der kreuzweise gekoppelten Kollektoren der Transistoren 26, 27. 28 und 29 zu den Transistoren 94, 95 und 94' sowie 95' der Koppelschahung geht hervor, daß sich für die Ausgangssignale der Multiplizierersehaltung 10 zwei Möglichkeiten ergeben, um zu den Kollektoren der PNP-Transistoren 94 und 94' zu gelangen, die die Eingänge zur Differential-Eintakt-Umsetzerschaltung30 bilden. Einer dieser Wege verläuft durch den Emitter und Kollektor des NPN-Transistors 95 bzw. 95' über den Emitter und durch den Kollektor des PNP-Transistors 94 bzw. 94'. Hierbei handelt es sich um einen bevorzugten Signalverlauf.

Ein zweiter Weg verläuft von der Basis aus durch den Kollektor des PNP-Transistors 94 bzw. 94', wobei jedoch auf diesem Wege das Signal einer starken Phasenverschiebung ausgesetzt wird, die auf die Verbindung zurückzuführen ist, die das Signal durchläuft. Diese Phasenverschiebung kann zu einer beträchtlichen Labilität innerhalb der Schaltung führen. Mit dem Zweck, diese Instabilität zu umgehen, arbeiten der Widerstand 96 und der Konden;>ator 97 sowie der Widerstand 96' und der Kondensator 97' als ein Paar von Dämpfungsfiltern, die verhindern. daß HF-Ströme durch die Basen der PNP-Transistoren 94 und 94' fließen. Demzufolge verbleibt lediglich der gewünschte Signalweg über die Emittcr-

»0 Kollektor-Strecken der Transistoren 95 und 94 sowie der Transistoren 95' und 94' innerhalb der Kopplungsschaltung, um den Ausgang \on den kreuzweise gekoppelten Vervielfacher-Transistoren 26, 27, 28 und 29 auf die Eingänge der Differential-Eintakt-

sj Umsetzerschaltung zu koppeln.

Bei der Differential-Eintakt-Umsetzerschaltung 30 handelt es sich um eine herkömmlich aufgebaute Schaltung, bei der die auf dem Kollektor des Transistors 94 anliegenden Ausgangssignale direkt mit dem Kollektor eines NPN-Transistors 100 verbunden werden, der ebenfalls den Ausgang auf eine Ausgangsverbindungsstrecke 191 überträgt. In der gleichen Weise werden die am Kollektor des Transistors 94' anliegenden Signale auf den Kollektor eines NPN-Transistors 102 übertragen. Darüber hinaus ist der Kollektor des Transistors 102 mit der Basis des Transistors 108 verbunden, wobei der Emitter des Transistors 100 mit der Basis des Transistors 102 und über einen NPN-Transistor-Diodenkreis 104 und einen Widerstand 105 mit der Verbindungsleitung 21 verbunden ist. Der Diodenkreis 104 bewirkt einen Stromfluß durch den Transistor 102, wobei die Schaltungsverbindungen Basisstromverluste ausgleichen. Bei dem resultierenden und am Anschluß 101 erscheinenden Ausgangssignal handelt es sich um ein unsymmetrisches Ausgangssignal, das dem Produkt der Eingangssignale V_y und V_x entspricht, die auf die Eingangsanschlüsse 24 und 25 übertragen w erden.

Die Spannungskonstanthalterschaltung 40 kan..

So darüber hinaus dazu verwendet werden, positive und negative Verschiebungsausgleichsspannungen auf ein Paar von Ausgangsverbindungen 106 und 107 zu übertragen. Für den positiven Teil der Schaltung ergeben sich diese Spannungen durch Verbinden der Basis eines Emitterfolger-NPN-Transistors 108 mil dem Kreuzungspunkt zwischen dem Kollektor de* Stromsteuerungstransistors 38 und der Diode 39. Dei Kollektor des Transistors IiS ist mit der Verbin dungsleitung 38 verbunden, wobei der Emitter Sitrorr über ein Paar von Widerständen 109 und 110 unc eine Temperaturkompensationsdiode 111 an Erd potential überträgt. Der Kreuzungspunkt zwischei den Widerständen 109 und 110 ist mit der Basis eine NPN-Transistors 112 und der Kollektor des Transi stors 112 mit der Verbindungsleitung 37 über einei Kollektorwiderstand 113 verbunden· der Emitter 15 hierbei an die Ausgangsverbindungsieitöüg 106 an geschlossen, um die positive Verschiebungsausgleich?

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spannung zu liefern. Die rebtiven Werte der Wider- Die geregelten positiven und negativen Verschiestände 109 und 112 bestimmen hierbei natürlich den bungsausgleichsspannungen, die jeweils über die Verjeweiligen Wert diesi; Verschiebungsspannung. bindungsleitungen 106 und 107 abgegriffen werden.

In der gleichen Weise wird eine negative Verschie- können an die entgegengesetzten Enden von Potentiobungsspannung an der Verbindungsleitung 107 auf- 5 meterschaltungen angeschlossen werden, deren Angenommen, die von einem PNP-Emiiterfolgertransi- zapfungen ihrerseits mit einer Klemme jedes Paares stör 115 abgegriffen wird, dessen Basis mit dem Kreu- der Eingangsanschlüsse 24 und 25 gekoppelt werden /uiiüspunkt zwischen dem Kollektor des Transistors können, um die Eingangsausgleichsspannungen für 54 und der Zenerdiode 53 verbunden ist, wobei der den Betrieb der Vervielfacherschaltung abzugleichen. Emitter mit der Erdungsklemme über ein Paar von io Dadurch, daß diese Verschiebungsspannungen sich Widerständen 116 und 117 und ein Paar von Tempera- aus den geregelten Spannungen ergeben, die durch turkompensationsdioden 119 und 120 verbunden ist. die Zenerdioden 45 und 53 und die Stromquellen 38

Der Kreuzungspunkt zwischen den Widerständen und 54 in der Spannungskonstantiiaherschaltung 40 116 und Il 7 ist mit der Basis eines NPN-Transistors geliefert werden, verhalten sich die Verschiebungs-124 verbunden, dessen Kollektor an Erdpotential an- 15 spannungen im wesentlichen unabhängig von Schwangeschlossen und dessen Emitter mit der Verbin- kungen innerhalb der Stromversorgungsspannungen, dungsleitung 107 für die negative Verschiebungsaus- die auf die Verbindungsleitungen 37 und 21 übertragleichssnannunc verbunden ist. Der Emitter des gen werden. Die Verschiebungsspannungen sind somit Transistors 124 ist darüber hinaus mit den Kollekto- im wesentlichen unabhängig von Temperaturschwanren dreier NPN-Stromsteuerungstransistoren 126, ao kungen infolge der Temperaturregelung, die über die 127 und 128 verbunden, die den Strom auf dem Stromsteuerungstransistoren und die in Serie mit den Emitter des Transistors 124 bestimmen. Zenerdioden 45 und 53 verbunden Dioden erfolgt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

i 2 mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gePatentanspruch· kennzeichnet, daß Stromsteuerungstransistoren P (79 81 bzw. 82, 83) des Stromversorgungsteils

1. Kompensationsschaltung für eine mono- (20) über jeweils ein Transistorpaar (94, 95 bzw. lithisch integrierte Multipliziererschaltung mit 5 94', 95') mit dem Ausgang der Multiplizierereiner Verarbeitungsstufe aus Transistoren in schaltung (10) verbunden sind,daß jedes Tran-Emitterschaltung für zwei veränderliche Faktoren, sistorpaar jeweils aus einem NPN- sowie einem die mit einem Strom von einem Siromversor- PNP-Lateraltransistor besteht und an der Basis gunssteil betrieben werden, dessen Größe durch des jeweiligen NPN-Lateraltransistors mit einer eine"Steuerspannung einstellbar ist und wobei das io Gleichstromvorspannung beaufschlagt ist, dab der Aus£.an»ssignal der Verarbeitungsstufe auf tem- Kollektor des NPN-Lateraltransistors mn dem peramrabhängige Veränderungen der Beta-Strom- Emitter des PNP-Lateraitransistors verbunden verstärkung dieser Stufe entsprechend dem Aus- und an die zugeordneten Stromsteuerungstrandruck r/(p + k) 1 anspricht, dadurch e e - sistoren rrgeschlossen ist, daß jeweils der Lmitter k e η η ζ e i c h η ε t, daß die Kompensationsschal- 15 des NPN-Lateraltransistors über ein zwischen der tung (50) über eine Leitung (77) mit dem Strom- Basis des NPN-Lateraltransistors und der Basis versorgungsteil (87,32,33,20) verbunden ist, daß des PNP-Latemluansistors angeordnetes Dam-pdie Steuerspannung an zumindest einem weiteren, fungsfilter (96, 97) mit dem zugehörigen Ausgang in Basisschaltung betriebenen Transistor (63) in der Muliipliziererschaltung verbunden ist. und der Kompensationsschaltung abgreifbar ist, wobei 20 daß an den Kollektoren der PNP-Lateraltrunder zumindest eine weitere Transistor mit einer sistoren das differenzielle Ausgangssignal de· Temperaturkompensation (Diode 40 bzw. 41 bzw. Multipliziererschaltung abgreifbar ist.

42) versehen und mittels einer gleichfalls temperaturkompensierten Zenerdiode(45) in an sich bekannter Weise spannungsstabilisiert ist, und daß 25

sich die Steuerspannung in Abhängigkeit von
Änderungen der Alpha-Stromverstärkung des zumindest weiteren Transistors ändert und sich der

durch die Steuerspannung bestimmte Strom des Die Erfindung betrifft eine Kompensationsscha'

Stromversorgungsteils entgegen den durch die 30 '-"ng für eine monolithisch integrierte Multiplizierer

Beta-StromverstärkungderVerarbeitungsstufe(iO) schaltung mit einer Verarbeitungsstufe aus Tra.

verursachten temperaturabhängigen Änderungen ' sistoren in Emitterschaltung für zwei veränderlich,:

ändert, was den Einfluß \on" Änderungen der Faktoren, die mit einem Strom von einem Stronn ei

Beta-Stromverstärkung auf das Ausgangssignal sorgungsteil betrieben werden, dessen Größe dur,;!i

der Verarbeitungsstufe unterdrückt. " 35 eine Steuerspannung einstellbar ist und wobei d.s

2. Kompensationsschaltung nach Anspruch 1. Ausgangssignal der Verarbeitungsstufe auf tempodadurch gekennzeichnet, daß die Kompensations- raturabhängige Veränderungen der Beta-Strormcr schaltung (50) in Serie zu dem weiteren Transistor Stärkung dieser Stufe entsprechend dem Ausdruck einen zweiten und vorzugsweise einen dritten /ί/(/ί ^u k) I anspricht.

Kompensationstransistor (66, 67) in Basisschal- 40 Für monolithisch integrierte Multipliziererschaltung aufweist, die in Serie über einen Strom- tungen. deren Ausgangsspannung ein lineares Pro Steuerungstransistor (69) an die Versorgungsspan- dukt zweier Eingangsspannunngen ist, ergeben sich nunj: angeschlossen sind, und daß die Steuerspan- zahlreiche Anwendungsgebiete. So können derartige nung am Verbindungspunkt des Stromversor- Schaltungen als Multiplizierer, Dividierer und zur Ergungstransistors mit dem Kompensationstransinor 45 mittlung der Quadratwurzel bzw. eines mittleren abgreifbar ist. Quadrats Verwendung finden, jedoch sind sie auch

3. Kompensationsschaltung nach Anspruch 1 als Phasendeiektor, Frequenzverdoppler, Gegentakt- oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Span- modulator bzw, -demodulator sowie als elektronische nungsstabilisierung der Fußpunktspannung an der Verstärkungsregler usw. anwendbar. Bei den meisten Basis des weiteren Transistors (63) und zur Tem- 50 Anwendungsgebieten ist es wünschenswert, über eine peraturkompensation sowohl der Zenerdiode als Schaltung zu verfügen, die nur geringstmögliche Verauch des weiteren Transistors ein weiterer Strom- änderungen gegenüber Schwankungen der Umgesteuerungstransistor (38) mit Dioden (39 bis 42) bungstemperatur und solchen der an die Schaltung und der Zenerdiode (45) in Serie geschaltet ist, angelegten Versorgungsspannung zeigt, da jegliche wobei die Fußpunktspannung für den weiteren 55 auf diese Weise eingebrachten Änderungen das AusTransistor zwischen 7wei der Dioden (39, 40) ab- gatigssignal der Multipliziererschaltung beeinflussen, gegriffen ist. . . Auf derartige Einflüsse zurückgehende Änderungen

4. Kompensationsschaltung nach einem oder des Ausgangssignals wirken sich als Betriebsfehler mehreren der Ansprüche. 1 bis 3, dadurch ge- aus, die häufig unzulässig sind.

kennzeichnet, daß der erste Stromsteuerungstran- 6c Eine Multipliziererschaltung der erwähnten Art ist

sistor (69) ein PNP-Lateraltransistor und der bekannt (Electronics, Juni 1970, S. 100 bis 105) und

weitere Transistor (63) sowie die Kompensations- umfaßt zwei DitTcrentialverstärker mit kreuzweise ge-

transistorcn (66, 67) NPN-Transistoren sind, und koppelten Kollektoren. Die eine Eingangsspannung

daß die Fußpunktspannung an der Basis der wird an einen ersten Eingangs-Differentialverstärker

Kompensationstransistoren von einem zusatz- 65 angelegt und in einen Strom umgesetzt, der den

liehen Spannungsteiler (55, 56, 57, 58) festgelegt Emittern der kreuzweise gekoppelten Transistoren

ist. zugeführt wird.

5. Kompensationsschaltung nach einem oder Die andere Eingangsspannung wird in einem