DE2911788C2 - Elektronische Schaltung, insbesondere zur Multiplikation oder Division analoger Signale - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltung, insbesondere zur Multiplikation oder Division analoger Signale, mit den Merkmalen des Oberbegriffes von Anspruch 1.

Eine bekannte Schaltung, die eine Logarithmierung und Delogarithmierung von Signalen vornimmt und dementsprechend als »Iog-antilog-Multiplizierer« bezeichnet wird, ist in der US-PS 38 05 092 beschrieben und beinhaltet vier Transistoren, deren Basis-Emitter-Strecken in Reihe geschaltet sind. An dem Kollektor des das Ausgangselement bildenden Transistors entsteht ein Ausgangsstrom, der näherungsweise dem Produkt der den Kollektoren zweier anderer der Transistoren zugeführten Ströme direkt und einem dem Kollektor des vierten Transistors zugeführten Referenzstrom umgekehrt proportional ist. Bei dieser Anordnung verursachen die wirksamen ohmschen Emitterwiderstände der Transistoren eine resultierende Fehlerspannung in der Schaltung und beeinträchtigen damit die Genauigkeit des Multiplikations- und Divisionsvorganges. Eine Maßnahme zur Beseitigung dieser Fehlerquelle sieht einen Kompensationswiderstand vor, der zwischen die Basiselektroden eines Transistorpaares geschaltet ist.

Ein mit dem Kollektor eines Ausgangstransistors verbundener Operationsverstärker dient zur Erzeugung einer Ausgangsspannung, die dem Produkt der beiden Ströme, dividiert durch den Referenzstrom, proportional ist. Diese Ausgangsspannung wird zur Erzeugung eines Kompensationsstromes in dem Kompensationswiderstand verwendet, durch den die von den ohmschen Emitterwiderständen der Transistoren erzeugte resultierende Fehlerspannung beseitigt wird.

Diese Schaltungsart ist zwar bei einigen Anwendungsfällen von Nutzen, die Verwendung eines Operationsverstärkers am Ausgang macht die Herstellung der Schaltung als integrierte Schaltung zumindest schwierig, wenn nicht unmöglich, da ein derartiger Operationsverstärker, dem der Ausgangsstrom zugeführt wird, auf dem Schaltungssubstrat Temperaturgradienten zur Folge hat, die die Linearität anderer auf dem Substrat gebildeter Schaltkreis stark beeinträchtigen. Außerdem ist die Verwendbarkeit einer integrierten Schaltung, die einen derartigen Operationsverstärker im Ausgangskreis besitzt, auf die Verwendung als Analogmultiplizierer beschränkt. Das heißt, daß derartige integrierte Schaltungen nicht für andere Anwendungen, beispielsweise als Verstärker mit variablem Verstärkungsgrad, Modulator, Demodulator, Regelverstärker, Spannungswandler, Dividierer, Radizierschaltung, usw. herangezogen werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektronische Schaltung zu schaffen, die sich als Analogmultiplizierer und/oder -dividierer eignet, als integrierte Schaltung herstellbar ist und bei der der Einfluß der ohmschen Emitterwiderstände der verwendeten Transistoren kompensiert ist.
Ausgehend von einer elektronischen Schaltung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

Im einzelnen enthält also die erste Transistorgruppe vier Transistoren: Der Emitter eines ersten Transistors ist mit der Basis eines zweiten Transistors verbunden; der Emitter des zweiten Transistors ist mit dem Emitter eines dritten Transistors verbunden; und der Emitter eines vierten Transistors ist mit der Basis des dritten Transistors verbunden. Die Kollektoren derjenigen Transistoren der zweiten Gruppe, die dem ersten und dem zweiten Transistor der ersten Gruppe zugeordnet sind, sind in einem ersten Schaltungspunkt miteinander verbunden. Der in diese Kollektoren fließende Strom entspricht daher dem Stromfluß in den ohmschen Emitterwiderständen des ersten und zweiten Transistors der ersten Gruppe. Die Kollektoren derjenigen Transistoren der zweiten Gruppe, die dem dritten und dem vierten Transistor der ersten Gruppe zugeordnet sind, stehen gemeinsam mit

einem zweiten Schaltungspunkt in Verbindung. Der in diese Kollektoren fließende Strom entspricht dem Stromfluß in den ohmschen Emitierwiderständen des dritten und vierten Transistors der ersten Gruppe. Die spannungserzeugenden Schaltmittel beinhalten Widerstände, die mit dem ersten bzw. dem zweiten Schaltungspunkt verbunden sind und deren Widerstandswert so bemessen ist, daß er den ohmschen Emitterwiderständen der Transistoren der ersten Gruppe entspricht Der in den ersten Schaltungspunkt fließende Strom fließt über einen der genannten Widerstände weiter und erzeugt eine erste Kompensationsspannung an diesem ersten Schaltungspunkt der dem Spannungsabfall an den ohmschen Emitterwiderständen des ersten und des zweiten Transistors der ersten Gruppe entspricht Der in den Schaltungspunkt fließende Strom fließt weiter über den zweiten Widerstand und erzeugt an diesem eine zweite Kompensationsspannung, die den an den ohmschen Emitterwiderständen des dritten und vierten Transistors der ersten Gruppe auftretenden Spannungen entspricht Die erste Kompensationsspannung wirkt in Reihe mit der Reihenschaltung der Basis-Emitter-Strecken des ersten und des zweiten Transistors der ersten Gruppe. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Basis des vierten Transistors der ersten Gruppe mit dem ersten Schaltungspunkt und die Basis des ersten Transistors mit dem zweiten Schaltungspunkt verbunden. Der Kollektorstrom des dritten Transistors (der den Ausgangstransistor bildet), ist dem Produkt der in die Kollektoren des ersten und zweiten Transistors fließenden Ströme dividiert durch den in den Kollektor des vierten Transistors fließenden Stromes proportional.

Durch die beschriebene Anordnung wird der Einfluß der ohmschen Emitterwiderstände beseitigt, ohne daß ein mit dem Kollektor des Ausgangstransistors (d. h. des dritten Transistors der ersten Gruppe) verbundener Operationsverstärker benötigt wird. Dies ermöglicht die Herstellung der Schaltung als integrierten Schaltkreis.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungen näher erläutert:

F i g. 1 zeigt das Schaltschema eines Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig.2 zeigt das Schaltschema eines Differentialverstärkers, der bei der in Fig. 1 dargestellten Schaltung Verwendung findet,

F i g. 3 zeigt ein Schaltschema der elektronischen Schaltung gemäß der Erfindung,

F i g. 4 zeigt ein Blockschaltbild des in F i g. 2 dargestellten Differentialverstärkers, F i g. 5 zeigt das Schaltschema eines Ausgangskreises für die in F i g. 3 dargestellte elektronische Schaltung.

Die in F i g. 1 dargestellte elektronische Schaltung 10 liefert am Kollektor des Transistors Q₃ einen Ausgangsstrom /_Γ3, der dem Produkt des Kollektorstromes /ei des Transistors Qi und des Kollektorstromes Ic₂ des Transistors Q₂ dividiert durch den Kollektorstrom Ica des Transistors Q₄ proportional ist. Die Schaltung IC beinhaltet eine erste Gruppe von Transistoren Qi, Q2, Q3 und Qa, deren Basis-Emitter-Strecken in Reihe geschaltet sind. Der Emitter des Transistors Q\ ist mit der Basis des Transistors Q2 verbunden. Die Emitter der Transistoren Q₂ und Q₃ sind miteinander verbunden und die Basis des Transistors Q₃ ist mit dem Emitter des Transistors Qa in der dargestellten Weise verbunden. Eine zweite Gruppe von Transistoren Q5, Q₆, Q₇ und Qg ist so geschaltet, daß die Basis und der Emitter jedes dieser Transistoren mit der Basis bzw. dem Emitter eines korrespondierenden Transistors der ersten Gruppe Qi, Q₂, Q₃ und Qt, in der dargestellten Weise verbunden sind. Im einzelnen sind die Basis des Transistors Q5 mit der Basis des Transistors Qi und der Emitter des Transistors Q5 mit dem Emitter des Transistors Qi verbunden. In gleicher Weise sind die Basis des Transistors Qt mit der Basis des Transistors Q₂ und der Emitter des Transistors Q₆ mit dem Emitter des Transistors Q₂ verbunden. Die Basiselektroden der Transistoren Qs und Qa sind miteinander verbunden. Auch die Emitter dieser Transistoren sind miteinander verbunden. Schließlich sind die Basiselektroden der Transistoren Q₃ und Qa sowie die Emitter dieser Transistoren jeweils miteinander verbunden.

Es sei erwähnt, daß die Transistoren Qi bis Qa und Q5 bis Qe unter Verwendung herkömmlicher Verfahren zur Herstellung integrierter Schaltungen auf einem gemeinsamen Halbleitersubstrat gebildet sind. Die Transistoren Qi. Q5; Q₂, Qö; Qa, Qt bilden abgeglichene Paare mit vergleichsweise großen /-Werten, die im vorliegenden Fall größer als 200 sind (der Wert β gibt das Verhältnis von Kollektorstrom zu Basisstrom wieder). Infolgedessen sind die Kollektorströme der beiden Transistoren eines Paares einander gleich. Das heißt, der Kollektorstrom la des Transistors Q₅ ist im wesentlichen gleich dem Kollektorstrom 1_C\ des Transistors Qi, also Ic5 = Ich Der Kollektorstrom leb des Transistors Qs ist im wesentlichen gleich dem Kollektorstrom Ic₂ des Transistors Q₂ (d. h. la = Iv₂)- Der Kollektorstrom Ica des Transistors Q₄ ist im wesentlichen gleich dem Kollektorstrom let des Transistors Qe, und der Kollektorstrom Ici des Transistors Qi ist im wesentlichen gleich dem Kollektorstrom Ic₃ des Transistors Q₃.

Die Emitter-Basis-Kollektor-Strecken der Transistoren Qi, Q₂ und Q₄ besitzen Rückkopplungszweige, die in der dargestellten Weise über Differentialverstärker 12,14 bzw. 16 verlaufen. Die Einzelheiten dieser Differentialverstärker 12, 14, 16 werden weiter unten anhand von Fig.2 und 3 erläutert. Es genügt zunächst, darauf hinzuweisen, daß die Differentialverstärker identisch ausgebildet sind, einen hohen Verstärkungsgrad haben und für die ihnen zugeführten Signale eine sehr hohe Eingangsimpedanz besitzen. Daher entspricht der dem Anschluß 20 des Verstärkers 12 zugeführte Strom /1 im wesentlichen dem Kollektorstrom I_C\ des Transistors Qi, (d. h. /ι « /ei). In gleicher Weise entsprechen die den Anschlüssen 22 und 24 der Differentialverstärker 14 bzw. 16 zugeführten Ströme im wesentlichen den Kollektorströmen der Transistoren Q₂ bzw. Q₄, (d. h. I₂ « Ic₂ bzw. Ia w Ica).

Bekanntlich kann die Spannung Vbe an der Basis-Emitter-Strecke eines bipolaren Transistors durch folgende Gleichung ausgedrückt werden:

Vb,: = KT/qIn I_clh + Ic- Λ-, (1)

K die Boltzmann-Konstante.

q die Ladung des Elektrons,

T die absolute Temperatur,

r_e der ohmsche Emitterwiderstand des Transistors,

Ic der Kollektorstrom, (der hier infolge des hohen ß-Wertes im wesentlichen dem Emitterstrom des Transi-

stors entspricht) und

Is der Sättigungssperrstrom des Transistors

sind.
Aus F i g. 1 läßt sich folgende Beziehung ablesen:

Vbq\ + Vfßi + VfS₂ = Vs₉₄ + V_EBA + V_EB3, (2)

worin

V«? ι die Spannung der Basis des Transistors Q₁,

Veb ι die an der Basis-Emitter-Strecke des Transistors Q₁ abfallende Spannung,

VfB₂ die an der Basis-Emitter-Strecke des Transistors Q₂ abfallende Spannung,

Veo* die Spannung an der Basis des Transistors Q₄,

V_EB4 die an der Basis-Emitter-Strecke des Transistors Qa abfallende Spannung und

Veb3 die an der Basis-Emitter-Strecke des Transistors Qi abfallende Spannung

bedeuten.

Durch Kombination der Gleichungen (1) und (2) (und unter Berücksichtigung der Tatsache, daß die Transistoren Qi bis Q₄ alle auf der gleichen Temperatur liegen, da sie auf dem gleichen Halbleitersubstrat ausgebildet sind, erhält man:

KTZq(In Ici/Ist + In lcillsi - In I_C3/I_S3 - IcaIIsa)

+ ΛγιΛη + Ic₂Te₂ — ICiTei — Z_C4fe4 = V₈QA - Vbq\ , (3)

Uh Is2, lsi, Is4 die Sättigungssperrströme der Transistoren Q₁, Q₂, Qz bzw. Q₄ und r_c \ bis r_C4 die ohmschen Emitterwiderstände dieser Transistoren

bedeuten.

Unter der Voraussetzung, daß /53 /54//51 /52 einen mit y bezeichneten konstanten Wert hat und r_e\ = /V 2 = /Vj = r_C4 = Λ.· ist, da alle Transistoren wegen ihrer Ausbildung auf einem gemeinsamen Halbleitersubstrat im wesentlichen dieselben Kenndaten haben, kann die Gleichung (3) in folgender Weise vereinfacht werden

KT/yq(In /,/2//3A₁) + (h +I₂-I₃- h)r_c = Vbq< - V«?,. (4)

Damit

In(WZ₃Z₄) = 0 (5)

ist, so daß Z₃ = I_x I₁II₁, von der Temperatur unabhängig ist, muß folgende Beziehung gelten:

ß. + h) - (h + Ia) r_e = V_ß(?4 -V₁₉₁. (6)

Eine Möglichkeit zur Befriedigung von Gleichung (6) besteht darin, daß

Vb₀A = (Ii + I₂)r_c (7)

Vb₀, =(h + Z₄)/v (8)

Die Kollektoren der Transistoren Q₅ und Q₆ sind miteinander und mit einem ersten Schaltungspunkt 26 verbunden. Die Kollektoren der Transistoren Q₇ und Q₈ sind ebenfalls miteinander und mit dem Schaltungspunkt 28 verbunden. Zwischen Masse und den Kollektoren der Transistoren Q₅ und Q₆ an dem Schaltungspunkt wird ein Widerstand re\ geschaltet Ein Widerstand re\ wird zwischen Masse und die Kollektoren der Transistoren Q₇ und Q₈ am Schaltungspunkt 28 geschaltet Da der durch den Widerstand re 2 fließende Strom

den Wert (I_Cs + Ia>) hat (d. h„ daß der Basisstrom der Transistoren Q₄ und Q₈ vernachlässigbar ist) und der Strom durch den Widerstand re\ die Größe (I_Ci + Ia) hat (wobei der Basisstrom der Transistoren Q, und Q₅ vernachlässigt ist), gilt

(Ics + /ce) re'₂ (9) und

V₁₁Qi=(Ia + Ic*) re\. (10)

Wie oben bereits erwähnt, sind die Transistoren Qi, Qy, Q2, Qt; Qt, Qe; und Qt, Q3 paarweise mit ihren Kennwerten identisch. Da ihre Basiselektroden und ihre Emitter jeweils miteinander verbunden sind, gilt /, = /_C5; /₂ = /cb;/<t = /ceund/3 = Ici. Damit folgt aus den Gleichungen (9) und (10)

Vbq< = (1\ + h)re'₂ (11)

10 VBQi-ih + Qre'i. (12)

Falls re = re\ = re\ folgt aus den Gleichungen (5), (6), (7), (8) und den Gleichungen(ll)und(12)
In (7, I₁IhU) = 0 bzw. /3 = /1 hlU.

Die Widerstände re'i und re 2 sind hier gleich den ohmschen Emitterwiderständen r_e der Transistoren Q\ bis Qa. Infolgedessen entspricht der Kollektorstrom /3 des Transistors Qi dem Produkt der Ströme /1 und h dividiert durch den Strom /4. Außerdem erzeugen die Transistoren Qs, Q₆, Qi und Q₈ in ihren Kollektorkreisen Ströme, die den durch die Basis-Emitter-Widerstände der Transistoren Qi, Q2, Q3 bzw. Q4 fließenden Strömen entsprechen. Die Kollektoren werden über die Widerstände re\ bzw. reΊ gespeist und erzeugen Kompensationsspannungen Vbq t, Vfl<?4 in Reihe mit den in Serie geschalteten Basis-Emitter-Strecken der Transistoren Qi bis Q4 und kompensieren damit den Spannungsabfall an den ohmschen Emitterwiderständen dieser Transistoren. Die in Reihe mit den Basis-Emitter-Strecken der Transistoren Qi und Q2 wirksame Kompensationsspannung Vbq 1 wird aus dem Stromfluß (I₃ + /4) in den Kollektoren der Transistoren Q3 und Q₄ mit Hilfe der Transistoren Q₇ und Qb abgeleitet, indem dieser »Überwachungsstrom« über den Widerstand re\ geleitet wird und die Kompensationsspannung (I₃ + /4) re'i mit geeigneter Polarität der Basis des Transistors Qi zugeführt wird. In entsprechender Weise wird die Kompensationsspannung Vbqa durch Überwachung des Stromflusses (h + h) in den Kollektoren der Transistoren Qi und Q2 durch die Transistoren Qs und Qs erzeugt, indem die diesem durch den Widerstand re'₂ fließenden Überwachungsstrom entsprechende Kompensationsspannung (I\ + /2) re'2 mit geeigneter Polarität der Basis des Transistors Qt zugeführt wird.

In F i g. 2 ist exemplarisch einer der Differentialverstärker 12,14,16 dargestellt. Der gezeigte Differentialverstärker 12 beinhaltet eine Differentialverstärkerstufe 30 mit zwei Eingangsanschlüssen 20 und 32, eine mit dem Ausgang 36 der Differentialverstärkerstufe 30 verbundene Stromquelle 34 sowie einen Kondensator 38, der in der dargestellten Weise zwischen den Eingangsanschluß 20 und den Ausgangsanschluß 36 geschaltet ist Der Transistor Qi ist in den Rückkopplungszweig des Differentialverstärkers 12 eingefügt, d. h. der Kollektor des Transistors Qi ist direkt mit dem Eingangsanschluß 20 und der Emitter mit dem Ausgangsanschluß 36 dieses Differentialverstärkers 12 verbunden.

Die Differentialverstärkerstufe 30 beinhaltet ein Transistorpaar Q_A, Qb- Die Basiselektroden dieser Transistoren Qa und Qb sind mit den Eingangsanschlüssen 20 bzw. 32 verbunden. Die Emitter der Transistoren Q^ und Qs sind über eine Stromquelle 42 in der dargestellten Weise mit einem gemeinsamen Bezugspotential, im vorliegenden Fall dem Massepotential, verbunden. Die Kollektoren der Transistoren Qa und Qb sind mit einer Stromwandlerschaltung 44 verbunden. Diese wandelt den in die Kollektoren der Transistoren Q_A und Qe fließenden Differentialstrom in eine Spannung an dem Ausgangsanschluß 36 um, die der Differenzspannung zwischen den Eingangsanschlüssen 32 und 20 entspricht Die Stromwandlerschaltung 44 beinhaltet ein Transistorpaar Q'no und Q'i π, deren Basiselektroden miteinander und mit dem Kollektor des Transistors Q'no verbunden sind. Der Kollektor des Transistors Q'i 10 ist mit dem Kollektor des Transistors Q'a verbunden, während der Kollektor des Transistors Q'i π mit dem Kollektor des Transistors Qb verbunden ist und das Ausgangssignal am Schaltungspunkt 36 liefert Die Emitter der Transistoren Q'uo und Q'm sind miteinander und mit einer Gleichspannungsquelle — Vcc verbunden. Der Transistor Q'i _]0 ist infolgedessen als Diode geschaltet.

Die Stromquelle 34 beinhaltet zwei Transistoren Q'109 und Q'i 12. Der Transistor Q'109 ist als Emitterfolger geschaltet und bildet eine Puffersiufe zwischen dem Transistor Q'i 12 und dem Schaltungspunkt 36. Die Basis des Transistors Q'109 ist mit dem Schaltungspunkt 36 verbunden, sein Kollektor steht mit Massepotential in Verbindung und sein Emitter ist über einen Widerstand R\, (der im vorliegenden Fall einen Widerstandswert von 20 Ohm hat), an die — V_x-Versorgungsspannung angeschlossen. Die Basis des Transistors Q'i 12 ist mit dem Emitter des Transistors Q'109 verbunden. Sein Emitter steht über einen Widerstand R 2, (der im vorliegenden Fall einen Widerstandswert von 511 Ohm hat), mit der — V«-Versorgungsspannung in Verbindung, und sein Kollektor ist unmittelbar mit dem Ausgangsanschluß 35 (und damit direkt mit dem Emitter des Transistors Qi verbunden).

Wenn sich die Schaltung in Betrieb befindet fließt über den Kollektor des Transistors Q'm ein Strom, dessen Übertrag der Potentialdifferenz zwischen den den Eingangsanschlüssen 32 und 20 zugeführten Analogsignalen proportional ist Da der Eingangsanschluß 20 zur Zuführung eines Referenzsignals vorbestimmter Größe dient, das im vorliegenden Fall in der Nähe des Massepotentials liegt, entspricht die Spannung am Ausgang 36 der Spannung an dem Eingangsanschluß 20. Die Spannung am Ausgang 36, d. h. an der Basis des Transistors Q'109, bestimmt den Wert des über den Kollektor des Transistors Q'i 12 fließenden Stromes. Damit ist die Größe des durch den Transistor Q'i 12 fließenden Stromes der Spannung des dem Eingangsanschluß 20 zugeführten Signals proportional.

Zur Analysierung der dynamischen Eigenschaften des Differentialverstärkers 12 mit dem in seinem Rück-

kopplungszweig angeordneten Transistor Q\ sei auf das in F i g. 4 dargestellte Blockschaltbild verwiesen. Die Differentialverstärkerstufe 30 ist durch den Schaltungsblock 30 repräsentiert. Seine Übertragungsfunktion sei G\ 0'ω). Der Kondensator 38 ist durch eine Übertragungsfunktion Ga Qm) = jmC repräsentiert, wobei C die Kapazität des Kondensators 38 ist. Dem Kondensator 38 und dem Differentialverstärker 30 wird dasselbe Eingangssignal zugeführt. Ihre Ausgangssignale werden an dem Anschluß 36', der in der vorliegenden Darstellung von einem Summierer 36' repräsentiert ist, addiert. Die Stromquelle 34 wird durch die am Ausgang des Summierers 36' auftretenden Signale gespeist. Diese Stromquelle 34 sei durch eine Übertragungsfunktion Gz (ja?) repräsentiert Der Transistor Qt sei durch eine Übertragungsfunktion Gz Qm) repräsentiert. Ohne den den Kondensator 38 enthaltenden Rückkopplungszweig ist die Geradeausverstärkung des in F i g. 4 dargestellten Systems

A Qm) = - G, Qm) G₂ Qm) G₃ Qm). (13)

Bei fehlendem Kondensator 38 ist das System unstabil. Insbesondere entsteht bei fehlendem Kondensator 38 unter anderem durch die Differentialverstärkerstufe 30 eine sehr große negative Phasenverschiebung für Signalanteile hoher Frequenz. Durch den Kondensator 38 wird das System stabilisiert. Die Übertragungsfunktion des Kondensators 38 ist — wie bereits erwähnt — G\ ■ Qm) = jmC. Die Kapazität des Kondensators ist so bemessen, daß sie den Signalkomponenten hoher Frequenz eine positive Phasenverschiebung erteilt und damit die negative Phasenverschiebung kompensiert, die die Differentialverstärkerstufe 30 verursacht. Das heißt, der Kondensator 38 bildet ein positives Phasenverschiebungsglied zur Stabilisierung der Regelschleife des Differentialverstärkers 12, wenn der Transistor <?i in der in F i g. 4 dargestellten Weise in dessen Rückkopplungszweig eingefügt ist. Die in Gleichung (13) wiedergegebene Verstärkung A Qm) des Systems gilt für tiefe Frequenzen. Für hohe Frequenzen, d. h. für Frequenzen jenseits der Bandbreite der Differentialverstärkerstufe 30, beträgt die Verstärkung bei offener Rückkopplungsschleife

Λ Qm) = - QmC)G₂ Qm)G₃ Qm), (14)

so daß die Verstärkung bei offener Rückkopplungsschleife über alle Frequenzen das Nyquist-Stabilitätskriterium befriedigt. Da der Ausgang des Differentialverstärkers 12 eine Konstantstromquelle bildet und zwischen dem Eingangsanschluß 20 und dem Ausgang 36 der Kondensator 38 geschaltet ist, ist das Ansprechverhalten des Differentialverstärkers derart, daß der Kollektorstrom Ic ι des Transistors <?i extrem schnell einen stabilen Pegelwert erreicht, welcher der an dem Anschluß 20 anliegenden Spannung proportional ist. Da der Eingangsanschluß 20 normalerweise mit einem Eingangswiderstand (dem vorliegenden Fall von dem Widerstand Ri gebildet wird) verbunden ist ist der in den Kollektor des Transistors Q'm fließende Strom (und damit der Kollektorstrom /c ι des Transistors <?i) sehr schnell dem Strom h proportional.

F i g. 3 zeigt eine analoge Multiplizier-/Dividierschaltung 10'. Diese Schaltung ist der in F i g. 1 dargestellten mit 10 bezeichneten Schaltung verwandt Gemeinsame Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Bei äquivalenten Elementen ist dem Bezugszeichen ein Strich (') beigefügt Die in F i g. 3 dargestellte Schaltung besitzt Differentialverstärker 12', 14', und 16'. Ein Exemplar von ihnen, nämlich der Differentialverstärker 12' ist

im einzelnen dargestellt. Er beinhaltet eine Differentialverstärkerstufe 30', die mit Eingangsanschlüssen 20 und 32 verbunden ist eine Stromwandlerschaltung 44', die von der Differentialverstärkerstufe 30' beaufschlagt wird und am Ausgang 36' eine Spannung erzeugt die der Potentialdifferenz der den Anschlüssen 20 und 32 zugeführten Signale proportional ist, einen Kondensator 38', der im vorliegenden Fall in der Größenordnung von 25 pF liegt und zwischen den Ausgang 36' und den Eingangsanschluß 20 geschaltet ist sowie eine Konstantstromquelle

34', die in der dargestellten Weise mit dem Ausgang 36' verbunden ist.

Die Transistoren Q₁₀₁, Q_S02, Qi₀₃, Qioa, <?io5, <?ioe und ζ»₁₀7 sind so geschaltet daß sie in der gleichen Weise wirken wie die Transistoren Q_A, Q_B und die Konscantstromquelle 42 in F i g. 2. Die Kollektoren der Transistoren <?ioi und <?io2 sind mit Masse verbunden. Die Basis des Transistors C?ioi ist mit dem Eingangsanschluß 32 verbunden. Die Basis des Transistors Qio₂ ist mit dem Eingangsanschluß 20 und dem Kondensator 38' verbunden. Die Basiselektroden der Transistoren Qi₀₃, <?io4, <?ios und Qioe sind miteinander und mit dem Kollektor des Transistors Q\oi verbunden. Die Emitter der Transistoren Q103 und Qm sind miteinander und mit dem Emitter des Transistors Qm verbunden. Die Emitter der Transistoren <?ios und Q\t& sind miteinander und dem Emitter des Transistors Q₁^₂ verbunden. Die Kollektoren der Transistoren ζ>₎₀4 und Qws sind mit ihren Basiselektroden verbunden. Die Basis des Transistors <?₎₀7 ist mit einer Referenzspannungsquelle 50 verbunden. Der Emitter dieses Transistors Q_w ist über einen Widerstand, (der im vorliegenden Fall einen Wert 3320 Ohm hat), mit der — Vcc-Versorgungsspannung verbunden. Die Referenzspannungsquelle 50 erzeugt an der Basis des Transistors Qio7 eine Referenzspannung, die im vorliegenden Fall (— Vc₀ +0,7) V beträgt Die Kollektorströme der Transistoren Qw₃ und Q106 werden der Stromwandlerschaltung 44' zugeführt Diese erzeugt an dem Ausgang 36' eine Spannung, die der Spannungsdifferenz zwischen des Eingangsanschlüssen 20 und 32 proportional ist Die Stromwandlerschaltung beinhaltet einen Transistor Quo, dessen Emitter mit der Versorgungsspannung — V_m dessen Kollektor mit dem Kollektor des Transistors <?io3 und der Basis des Transistors Qios ^unc^ dessen Basis mit dem Emitter des Transistors Qios, der Basis des Transistors Qi 11 und über einen Widerstand, der im vorliegenden Beispiel einen Wert von 20 KOhm hat, mit der Versorgungsspannung — V_x verbunden ist Der Kollektor des Transistors Qn 1 ist mit dem Kollektor des Transistors Qwe und mit dem Ausgang 35' verbunden. Sein Emitter

steht mit der Versorgungsspannung — V«. in Verbindung.

Die Stromquelle 34' ist mit dem Ausgang 36' verbunden und beinhaltet zwei Transistoren Q_i09 und Qu₂. Der Kollektor des Transistors Q109 ist mit Masse verbunden, während seine Basis mit dem Ausgang 36' und sein Emitter über einen Widerstand Ru der im vorliegenden Fall einen Wert von 20 KOhm hat mit der Versorgungs-

spannung — V_cc und der Basis des Transistors Qi \ 2 verbunden sind.

Der Emitter des Transistors Qi 12 ist über einen Widerstand R2, der im vorliegenden Fall einen Wert von 511 Ohm hat, mit der Versorgungsspannung — V_IV verbunden. Der Kollektor des Transistors Qm ist mit dem Ausgangsanschluß 35 und den Emittern der Transistoren Qi und Q5 verbunden. Wenn die Schaltung in Betrieb genommen ist, entspricht der Strom, der durch die Stromquelle 34' fließt, der Spannung an dem Ausgang 36' und damit der Differenzspannung zwischen den Anschlüssen 20 und 32. Außerdem entspricht der durch die Stromquelle 34' fließende Strom dem Emitterstrom des Transistors Q\. Da der Basisstrom des Transistors Q102 im : Vergleich zu dem Emitterstrom des Transistors Qi vernachlässigbar klein ist, bewirkt der Differentialverstärker

' 12', der mit dem Kondensator 38' zwischen den Eingangsanschluß 20 und den Ausgang 36' geschaltet ist, daß der

Kollektorstrom des Transistors Qi sehr rasch einen stabilen Pegelwert erreicht, der dem dem Anschluß 20 zugeführten Strom, d. h. dem anhand von F i g. 1,2 und 4 beschriebenen Strom /1 entspricht.

Die Referenzspannungsquelle 50 beinhaltet einen Ausgangstransistor Qi 7, der als Diode geschaltet ist und an ji seinem Kollektor eine Spannung von (— V_1x +0,7) V liefert. Der Emitter des Transistors Qi 7 ist mit der Versor-

\.ΐ gungsspannung — V« und seiner Basis mit dem Kollektor verbunden. Die Versorgungsspannung — V«. ist über

i| eine Zenerdiode Du mit der Basis des Transistors Q13, dem Kollektor des Transistors Q\* und der source-Elek-

P) trode des Feldeffekttransistors Q19 verbunden. Der Kollektor des Transistors Qi 3 ist mit der Basis des Transits; stors Qi 4 und dem Kollektor des Transistors Qi β verbunden. Der Emitter des Transistors Qh ist mit den

\l Basiselektroden der Transistoren Qie und Q15 verbunden. Die Emitter der Transistoren Q16 und Qi₅ und die

£ drain-Elektrode des Feldeffekttransistors Q19 sind mit Masse verbunden.

p Die in F i g. 3 dargestellte analoge Multiplizier-/Dividierschaltung 10' ist auf einem Halbleitersubstrat 60 unter

Vs Verwendung bekannter Herstellverfahren gebildet An dem Halbleitersubstrat 60 sind außerdem die Eingangs-

·:■; anschlüsse 20,32 des Differentialverstärkers 12', die Eingangsanschlüsse 22,64 des Differentialverstärkers 14',

'f. die Eingangsanschlüsse 24, 68 des Differentialverstärkers 16', eine Klemme 70 für den Anschluß der Versor-

j;_; gungsspannung — V_1x sowie eine Klemme 72 für den Anschluß an das Gegenpotential (Masse) dieser Versor-

,"'· gungsspannung ausgebildet. Ebenso ist an dem Halbleitersubstrat 60 ein weiterer Ausgangsanschluß 80 ausge-

1; bildet, der mit dem Kollektor des Transistors Qz verbunden ist.

F i g. 5 zeigt ein Ausgangsnetzwerk 82, das über den an dem Halbleitersubstrat 60 angebrachten Ausgangsanschluß 80 mit dem Kollektor des Transistors Q3 verbunden ist. Dieses Ausgangsnetzwerk 82 beinhaltet einen .:. Operationsverstärker 84 mit einem Rückkopplungswiderstand Ro. Der Eingang des Operationsverstärkers 84 ist

i; sowohl mit dem Anschluß 80 als auch über den genannten Rückkopplungswiderstand R₀ mit seinem eigenen

ρ Ausgang verbunden. Er erzeugt an seinem Ausgang deshalb eine Spannung en, die dem Kollektorstrom /3 des

/■ Transistors Q₃ proportional ist Es sei erwähnt, daß das Ausgangsnetzwerk 82 sich nicht auf dem Halbleitersub-

1'■;. strat 60 befindet, so daß die auf diesem Substrat hergestellte Schaltung 10' auch bei vielen anderen Anwendungs-

Y_x fällen eingesetzt werden kann, beispielsweise als Verstärker mit veränderbarem Verstärkungsgrad, als Radizier-

;» schaltung usw.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Elektronische Schaltung mit einer Gruppe von Transistoren (Qi bis Qa), deren Basis-Emitter-Strecken zueinander in Reihe geschaltet sind, insbesondere zur Multiplikation oder Division analoger, bestimmten der Kollektoranschlüsse der Transistoren zugeführter Signale, wobei die genannte Gruppe von Transistoren (Q, bis Qa) zwei gegensinnig gepolte Paare zusammengeschlossener, gleichsinnig gepolter Transistoren (Qi, Qj; Qa,Qi)enthält, dadurch gekennzeichnet,

daß jedem Transistor der genannten Gruppe von Transistoren (Qi bis Qa) jeweils ein Transistor einer zweiten Gruppe von Transistoren (Qi bis Qs) zugeordnet ist, der jeweils mit seiner Basis und seinem Emitter mit der Basis bzw. dem Emitter des entsprechenden Transistors (Qi bis Qa) der erstgenannten Gruppe von Transistoren verbunden ist und

daß an die Kollektoren derjenigen Transistoren (Qs bis Q₈) der zweiten Gruppe von Transistoren, welche jeweils einem Paar gleichsinnig gepolter Transistoren der erstgenannten Gruppe von Transistoren (Q_x bis Qa) zugeordnet sind, Schaltungsmittel (re\, re'₂) angeschlossen sind, weiche eine in der Reihenschaltung der Basis-Emitter-Strecken des jeweils anderen Paares gleichsinnig gepolter Transistoren eine Spannung wirksam werden lassen, die die Spannungsabfälle an den ohmschen Emitterwiderständen dieses jeweils anderen Paares gleichsinnig gepolter Transistoren kompensiert

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel zwei Widerstände (re\, re'₂) beinhalten, von denen jeweils einer mit den Kollektoren eines korrespondierenden Transistorpaares (Qs, Qt bzw. Q₇, Qs) der zweiten Gruppe (Qs bis Qe) von Transistoren verbunden ist und deren Widerstandswerte den ohmschen Emitterwiderständen der Transistoren der ersten Gruppe von Transistoren entsprechen.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Transistor (Q₁ bis Qa) der ersten Gruppe von Transistoren und der jeweils korrespondierende Transistor (Qs bzw. Q₆ bzw. Q₇ bzw. Qs) der zweiten Gruppe von Transistoren einander derart entsprechen, daß umwelt-(z. B. temperatur-)bedingte Einflüsse auf ihre Kennwerte einander kompensieren.